ATP (Molécula de energía)

El ATP

El trifosfato de adenosina (adenosín trifosfato o ATP) es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Es la principal fuente de energía para la mayoría de funciones celulares.

Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula molecular es C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃. La energía potencial se encuentra ubicada en los enlaces de los grupos fosfatos.

Historia

El ATP fue descubierto en 1929 por Karl Lohmann. En 1941, Fritz Albert Lipmann propuso el ATP como principal molécula de transferencia de energía en la célula.

Propiedades

El ATP es altamente soluble en agua y muy estable en soluciones de pH entre 6.8 y 7.4, pero se hidroliza rápidamente a pH extremo. Por consiguiente, se almacena mejor como una sal anhidra.

La masa molecular del ATP es de 507,181 g/mol y su acidez es de 6.5. Es una molécula inestable y tiende a ser hidrolizada en el agua.

Estructura

FUNCIONES

Fuente de energía

El ATP es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares. Esto incluye la síntesis de macromoléculas como el ADN, el ARN y las proteínas. También desempeña un papel fundamental en el transporte de macromoléculas a través de las membranas celulares, es decir, en la exocitosis y endocitosis.

 Debido a la presencia de enlaces ricos en energía (entre los grupos fosfato son los enlaces anhídrido del ácido), esta molécula se utiliza en los seres vivos para proporcionar la energía que se consume en las reacciones químicas. De hecho, la reacción de hidrólisis de la adenosina trifosfato en adenosina difosfato y fosfato es una reacción exergónica.

Durante la fotosíntesis se produce ATP para ser utilizada en la formación de glucosa, un carbohidrato de energía en el ciclo de Calvin.

La energía se almacena en los enlaces entre los grupos fosfato.

Pero en donde se obtiene mayor cantidad de energía es por medio de la respiración celular, realizada en las mitocondrias. Específicamente en la cadena transportadora de electrones. Lugar en donde obtenemos más moléculas de ATP.

Formación de ATP y ADP

La formación de ATP se da por medio de la enzima ATP sintetasa. Se forma o sintetiza la molécula de ATP  en la glucólisis, que ocurre en el citosol (citoplasma) de la célula y la fosforilación oxidativa, que ocurre en la membrana mitocondrial.

  

ALMACENAMIENTO DE ATP

 Las reservas de ATP en el organismo no exceden de unos pocos segundos de consumo. En principio, el ATP se produce de forma continua, pero cualquier proceso que bloquee su producción provoca la muerte rápida (como es el caso de determinados gases de combate diseñados para tal fin; o venenos como el cianuro, que bloquean la cadena respiratoria; o el arsénico, que sustituye el fósforo y hace que sean inutilizables las moléculas fosfóricas).

Las moléculas de creatina enlazan un fosfato mediante un enlace rico en energía como el ATP. El ADP puede convertirse en ATP por acoplamiento con la hidrólisis de fosfato de creatina. La creatina, por tanto, recicla el fosfato liberado por la hidrólisis de la molécula de ATP original. Esto ayuda a mantener la energía fácilmente movilizada sin agotar las reservas de ATP.

El ATP no se puede almacenar en su estado natural, sino sólo como intermediarios de la cadena de producción de ATP. Por ejemplo, el glucógeno puede ser convertido en glucosa y aportar combustible a la glucolisis si el organismo necesita más ATP. El equivalente vegetal del glucógeno es el almidón. La energía puede también ser almacenada como grasa, mediante neo-síntesis de ácidos grasos.  

ADN (Material hereditario)

El ADN

El ácido desoxirribonucleico al abreviarse, la conocemos como ADN. El ADN es un ácido nucleico que contiene instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. La función principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información hereditaria contenida en la célula o cápside, en el caso de los virus.

Esta estructura se encuentra esparcido en el protoplasma de las células procariotas (bacterias) y en el núcleo de las células eucariotas (protistas, hongos, plantas y animales).

 Muchas veces, el ADN es comparado con un código, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.

Historia

El ADN fue por primera vez aislado por un biólogo suizo llamado Frierich Miescher en el año 1869. Este científico que estudiaba la composición química de los leucocitos (glóbulos blancos), describió de sus experimentos que las propiedades de la sustancia aislada rica en fosfatos, sin azufre y resistente a proteasas no correspondía a lípidos ni proteínas. A esta nueva molécula, presente en todos los núcleos celulares, Miescher la llamó nucleína. Luego, con la identificación de su naturaleza acídica se le asignó el nombre genérico de ácido nucleico.

En los años 20, Phoebus Levene, en sus estudios de la estructura y función de los ácidos nucleicos, logró determinar la existencia de ADN y ARN, además de que el ADN está formado por 4 bases nitrogenadas Timina y Citosina (pirimidinas), Guanina y Adenina (purinas), un azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato. Determinó que la unidad básica del ADN estaba conformada por fosfato-azúcar-base nitrogenada a la cual llamó nucleótido.

Luego con los aportes de Griffith en 1928, los hallazgos de Avery en 1944 y los experimentos de Hershey-Chase en 1952, se logró determinar que el ADN es la molécula responsable de la herencia. Un año después Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, Francis Crick y James Watson lograron dilucidar mediante estudios de difracción de rayos X, la estructura molecular de doble hélice del ADN, lo que les valió el premio Novel de fisiología y medicina en 1962.
Ya en el siglo 21, los avances en la tecnología del ADN específicamente en los métodos de secuenciación, han conducido al conocimiento de toda la información genética de una variedad de organismos, como el humano, ratón, pez cebra y Echerichia coli, posibilitando enormes avances en disciplinas tan diversas como la biomedicina, paleontología, agricultura, medicina forense entre otras.

Características

1. El ADN es una molécula de ácido desoxi-ribonucleico, esto significa que está conformada por las bases nitrogenadas adenina, timina, citocina y guanina (el ARN tiene uracilo en lugar de la timina). Además tiene una azúcar pentosa llamada desoxi-ribosa (el ARN tiene azúcar ribosa).

2. La función del ADN está directamente relacionada con la transmisión de la herencia; es decir, el ADN contiene los caracteres genéticos hereditarios que pasan de generación en generación.

3. Otra función del ADN es contener la codificación para las proteínas, esto es importante porque cada especie tiene su propia codificación, por lo que las proteínas no son iguales.

4. Físicamente, el ADN tiene una estructura de doble hélice, es decir doble filamento en espiral.

5. Por su ubicación, el ADN se encuentra exclusivamente en el núcleo de las células, aunque también existe el ADN bacteriano en el protoplasma, ADN mitocondrial y el ADN del cloroplasto.

Observemos la siguiente imagen. Muestra un extremo 5 pi y  el otro extremo de la cadena

es 3 pi. Esta conformación explica la forma de hélice que toma la estructura de ADN. Los enlaces entre las bases nitrogenadas son puentes de hidrógeno. Doble enlace entre adenina y timina. Triple enlace entre guanina y citosina. Esta conformación no permite otra unión. Es exclusivo entre estos grupos de bases nitrogenadas.

Observemos la forma de Hélice, debido a que sus extremos están invertidos, es decir, mientras un extremo se extiende de 5 a 3 pi, el otro extremo, se extiende de 3 a 5 pi. Están al revés, provocando la forma de espiral.

Composición y formación del ADN

El ADN está formado por: (Dos cadenas de nucleótidos,

a) Bases nitrogenadas (adenina, timina, citosina y guanina). En donde adenina y guanina son Purinas. Citosina y timina se asigna el nombre de pirimidinas.

b) Carbohidrato (Desoxirribosa)

c) Grupos Fosfatos

Todo su conjunto es conocido como: Nucleótido. Observemos la siguiente imagen.

En el siguiente esquema, observamos como se forma un nucleótido, a partir de los diferentes componentes que forman el ADN.

Estudio de la secuencia del ADN