¿Has oído hablar sobre el  ATP? Ni el Bitcoin ni el Euro superan a esta “moneda de cambio” en cuanto a valor se refiere. Y es que el ATP es esencial para el funcionamiento de tus células (y de las células del resto de seres vivos del planeta). ¿Quieres conocer mejor esta molécula tan importante para la vida terrestre? ¡Sigue leyendo!

¿Qué es el ATP y para qué sirve?

El adenosín trifosfato, mundialmente conocido como ATP, es un nucleósido súper importante para el intercambio de energía entre las diferentes maquinarias de la célula. Su estructura es similar a la de cada uno de los nucleótidos del ADN (base nitrogenada + pentosa + grupo fosfato), pero, además, tiene unidos 2 grupos fosfato extra.

Te preguntarás “¿Por qué es tan importante una molécula tan normal?”. Resulta que, al separar enzimáticamente el tercer grupo fosfato del ATP para formar ADP (adenosín difosfato), se produce una cantidad inusualmente grande de energía. Las células se benefician de esta “explosión de energía” para llevar a cabo diferentes funciones que requieren de ella. Algunas de las funciones en las que está implicado el ATP son, por ejemplo, el transporte de moléculas, el mantenimiento de estructuras o la contracción muscular.

Transporte activo de moléculas a través de la membrana plasmática

Las células movilizan constantemente diferentes tipos de moléculas a través de su membrana plasmática. Algunas de estas moléculas, generalmente las más pequeñas, son capaces de entrar y salir fácilmente a través de la membrana, pero algunos tipos de moléculas se resisten. Para movilizar las moléculas que son incapaces de cruzar la membrana por sí mismas, las células utilizan transportadores de membrana, unas proteínas que ayudan a las moléculas a moverse a un lado u otro de la membrana. Algunos de estos transportadores requieren de energía para poder movilizar las moléculas. ¡Y aquí es donde el ATP hace su aparición!

Mantenimiento y funcionamiento de las estructuras celulares

El ATP es un factor clave en el mantenimiento de algunas estructuras de las células. Gracias a él, es posible el ensamblaje de los diferentes elementos del citoesqueleto, un conjunto de moléculas que mantienen la forma de la célula. El ATP también es el responsable del movimiento en los flagelos, entre otras cosas.

Transporte de vesículas

Existen ciertas proteínas que “caminan” sobre los microtúbulos, transportando grandes vesículas de un lado a otro de la célula. Es el caso de la quinesina y la dineína, unas curiosas proteínas que pueden movilizar las diferentes vesículas de la célula consumiendo la energía del ATP.

Estos son solo algunos ejemplos de mecanismos celulares en los que interviene el ATP, pero no son los únicos. El ATP tiene una función importante en prácticamente todos los mecanismos celulares, desde la síntesis de ADN hasta la contracción muscular, pasando por la liberación de neurotransmisores en las células nerviosas.

¿Cómo obtienen las células el ATP?

Tanto nuestras células como las células vegetales o las bacterias necesitan ATP para poder llevar a cabo sus diferentes funciones. Para obtener esta molécula tan preciada, las células realizan diferentes procesos.

Glucólisis  

Es la transformación de la glucosa (azúcar) en dos moléculas de piruvato, a través de diferentes reacciones enzimáticas. De este conjunto de reacciones, que forman parte de la respiración celular, se obtienen 2 moléculas de ATP y dos moléculas de NADH, una molécula que se utilizará más adelante en la respiración celular.

Algunas de las células de nuestro cuerpo, como los eritrocitos o los espermatozoides, son capaces de mantenerse con vida únicamente (o casi únicamente) gracias a la energía que se produce en la glucólisis. Sin embargo, por lo general, nuestras células (en condiciones aerobias, es decir, en presencia de oxígeno) utilizan el piruvato generado en la glucólisis para generar más moléculas de ATP.

En condiciones anaeróbicas (déficit o ausencia de oxígeno), algunas de nuestras células realizan otro proceso llamado “fermentación láctica”, en el que el producto final es ácido láctico, en lugar de piruvato. Es el caso de las células musculares, que pueden trabajar en déficit de oxígeno gracias a esta fermentación. 

En el caso de bacterias anaeróbicas y algunos microorganismos, como las levaduras, se produce la fermentación alcohólica, que produce ATP y etanol.

Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico):

Es el segundo paso de la respiración celular. Se trata de un ciclo de reacciones que se produce en el interior de las mitocondrias y en bacterias aerobias y que en el que, a partir del piruvato obtenido en la glucólisis se obtienen NADH y FADH. Estas dos moléculas se utilizarán, más adelante, para obtener ATP.

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa:

El último paso de la respiración celular y en el que más ATP se obtiene. Se basa en la acción del complejo ATP-sintasa, un complejo proteico que se encuentra en la membrana interna mitocondrial. Este complejo enzimático con forma de canal es capaz de generar una molécula de ATP a partir de una molécula de ADP cada vez que un ión de hidrógeno pasa por su interior.

En las células (y en general, en todas partes), las sustancias se transportan desde donde hay más cantidad de ellas hacia donde hay menor cantidad, hasta igualar concentraciones. Ese mismo proceso es el que aprovechan nuestras células para “obligar” a que pase al otro lado de la membrana a través de la ATP-sintasa y generar ATP.

Y me dirás: “Ya, pero en algún momento las concentraciones de iones se igualarán y ya no servirá de nada la ATP-sintasa”. Tienes razón, pero esto no sucede en las células, ya que tienen un mecanismo llamado “cadena respiratoria” que se encarga de enviar de vuelta al otro lado de la membrana los iones de hidrógeno. Para realizar esta función, las proteínas de la cadena respiratoria utilizan la energía de NADH y FADH, dos moléculas que se obtienen en los pasos anteriores de la respiración celular.

Enfermedades relacionadas con la obtención de ATP

Como comentaba, el ATP es una molécula muy importante para el funcionamiento de las células, por lo que cualquier fallo en su obtención puede producir enfermedades bastante graves. Muchas de estas enfermedades tienen una causa genética. Es el caso del déficit de piruvato-carboxilasa, un trastorno metabólico causado por mutaciones en el gen PC, un gen implicado en la conversión del piruvato en oxalacetato, un paso esencial para el ciclo de Krebs.  Los pacientes con déficit en piruvato-carboxilasa presentan acidosis metabólica, retraso en el crecimiento y convulsiones, entre otras cosas.

Otra enfermedad genética relacionada con el metabolismo del piruvato y, por tanto, con la obtención de ATP, es la deficiencia de piruvato deshidrogenasa. La causa más común de esta enfermedad son las mutaciones en el gen PDHA1, que codifica para una subunidad de la piruvato deshidrogenasa 1, otro enzima importante en la obtención de a partir del piruvato ATP.

Existen otras enfermedades genéticas que afectan a la obtención del ATP pero no al metabolismo del piruvato o al ciclo de Krebs. Es el caso del déficit de complejos I-V, un conjunto de enfermedades genéticas que provocan un déficit en ciertas proteínas de la cadena respiratoria. Las personas con déficit en alguno de estos complejos proteicos no pueden generar un cambio en las concentraciones de Hidrógeno en las mitocondrias y, por tanto, no obtienen la misma cantidad de ATP que una persona no afectada.

Bibliografía:

https://www.news-medical.net/life-sciences/Adenosine-Triphosphate-(ATP)-Function-in-Cells.aspx

https://www.aeped.es/sites/default/files/documentos/15-enfmitocon.pdf