ATP (TRIFOSFATO DE ADENOSINA): ESTRUTURA, FUNÇÕES, HIDRÓLISE - BIOLOGIA - 2025

O ATP (trifosfato de adenosina) é uma molécula orgânica com ligações de alta energia formada por um anel de adenina, ribose e três grupos fosfato. Tem papel fundamental no metabolismo, pois transporta a energia necessária para manter uma série de processos celulares funcionando de maneira eficiente.

É amplamente conhecido pelo termo "moeda de energia", pois sua formação e uso ocorrem com facilidade, permitindo-lhe "pagar" rapidamente por reações químicas que requerem energia.

Fonte: Por usuário: Mysid (Self-made in bkchem; editado em perl.), Via Wikimedia Commons

Embora a olho nu a molécula seja pequena e simples, ela armazena uma quantidade significativa de energia em suas ligações. Os grupos fosfato possuem cargas negativas, que estão em repulsão constante, tornando-se uma ligação lábil que é facilmente quebrada.

A hidrólise do ATP é a quebra da molécula pela presença de água. Por este processo, a energia contida é liberada.

Existem duas fontes principais de ATP: fosforilação ao nível do substrato e fosforilação oxidativa, sendo esta última a mais importante e a mais utilizada pela célula.

A fosforilação oxidativa acopla a oxidação de FADH ₂ e NADH + H ⁺ na mitocôndria e a fosforilação em nível de substrato ocorre fora da cadeia de transporte de elétrons, em vias como a glicólise e o ciclo do ácido tricarboxílico.

Essa molécula é responsável por fornecer a energia necessária para que ocorram muitos dos processos que ocorrem no interior da célula, desde a síntese protéica até a locomoção. Além disso, permite o tráfego de moléculas através de membranas e atua na sinalização celular.

Estrutura

ATP, como o próprio nome indica, é um nucleotídeo com três fosfatos. Sua estrutura particular, especificamente as duas ligações pirofosfato, tornam-no um composto rico em energia. É composto pelos seguintes elementos:

- Uma base nitrogenada, adenina. Bases de nitrogênio são compostos cíclicos que contêm um ou mais nitrogênio em sua estrutura. Também os encontramos como componentes em ácidos nucléicos, DNA e RNA.

- A ribose está localizada no centro da molécula. É um açúcar do tipo pentose, pois possui cinco átomos de carbono. Sua fórmula química é C ₅ H ₁₀ O ₅. O carbono 1 da ribose está ligado ao anel de adenina.

- Três radicais fosfato. As duas últimas são as "ligações de alta energia" e são representadas nas estruturas gráficas pelo símbolo de inclinação: ~. O grupo fosfato é um dos mais importantes em sistemas biológicos. Os três grupos são chamados de alfa, beta e gama, do mais próximo ao mais distante.

Esse elo é muito instável, por isso se divide com rapidez, facilidade e espontaneidade quando as condições fisiológicas do corpo o justificam. Isso ocorre porque as cargas negativas dos três grupos fosfato tentam constantemente se afastar umas das outras.

Recursos

O ATP desempenha um papel indispensável no metabolismo energético de praticamente todos os organismos vivos. Por este motivo, é frequentemente referido como moeda de energia, uma vez que pode ser gasto e reabastecido continuamente em apenas alguns minutos.

De forma direta ou indireta, o ATP fornece energia para centenas de processos, além de atuar como doador de fosfato.

Em geral, o ATP atua como uma molécula sinalizadora nos processos que ocorrem no interior da célula, sendo necessária a síntese dos componentes do DNA e do RNA e para a síntese de outras biomoléculas, participa do tráfico através do membranas, entre outros.

Os usos do ATP podem ser divididos em categorias principais: transporte de moléculas através de membranas biológicas, síntese de vários compostos e, finalmente, trabalho mecânico.

As funções do ATP são muito amplas. Além disso, está envolvido em tantas reações que seria impossível nomear todas. Portanto, discutiremos três exemplos específicos para exemplificar cada um dos três usos mencionados.

Fornecimento de energia para o transporte de sódio e potássio através da membrana

A célula é um ambiente altamente dinâmico que requer a manutenção de concentrações específicas. A maioria das moléculas não entra na célula aleatoriamente ou por acaso. Para que uma molécula ou substância entre, ela deve fazê-lo por seu transportador específico.

Os transportadores são proteínas que atravessam a membrana e funcionam como “porteiros” das células, controlando o fluxo de materiais. Portanto, a membrana é semipermeável: ela permite que certos compostos entrem e outros não.

Um dos meios de transporte mais conhecidos é a bomba de sódio-potássio. Esse mecanismo é classificado como transporte ativo, uma vez que o movimento dos íons ocorre contra suas concentrações e a única forma de realizar esse movimento é introduzindo energia no sistema, na forma de ATP.

Estima-se que um terço do ATP formado na célula seja usado para manter a bomba ativa. Os íons de sódio são constantemente bombeados para fora da célula, enquanto os íons de potássio são bombeados na direção inversa.

Logicamente, o uso de ATP não se restringe ao transporte de sódio e potássio. Existem outros íons, como cálcio, magnésio, entre outros, que precisam dessa moeda energética para entrar.

Participação na síntese de proteínas

As moléculas de proteína são constituídas por aminoácidos, ligados entre si por ligações peptídicas. Para formá-los, é necessário quebrar quatro ligações de alta energia. Em outras palavras, um número considerável de moléculas de ATP deve ser hidrolisado para a formação de uma proteína de comprimento médio.

A síntese de proteínas ocorre em estruturas chamadas ribossomos. Eles são capazes de interpretar o código que o RNA mensageiro possui e traduzi-lo em uma sequência de aminoácidos, um processo dependente de ATP.

Nas células mais ativas, a síntese de proteínas pode direcionar até 75% do ATP sintetizado neste importante trabalho.

Por outro lado, a célula não apenas sintetiza proteínas, mas também precisa de lipídios, colesterol e outras substâncias essenciais e, para isso, requer a energia contida nas ligações ATP.

Fornece energia para locomoção

O trabalho mecânico é uma das funções mais importantes do ATP. Por exemplo, para que nosso corpo seja capaz de realizar a contração das fibras musculares, é necessária a disponibilidade de grandes quantidades de energia.

No músculo, a energia química pode ser transformada em energia mecânica graças à reorganização das proteínas com capacidade de contração que a formam. O comprimento dessas estruturas é modificado, encurtado, o que cria uma tensão que se traduz na geração de movimento.

Em outros organismos, o movimento das células também ocorre graças à presença de ATP. Por exemplo, o movimento de cílios e flagelos que permite o deslocamento de certos organismos unicelulares ocorre por meio do uso de ATP.

Outro movimento particular é o amebiano, que envolve a protrusão de um pseudópode nas extremidades da célula. Vários tipos de células usam esse mecanismo de locomoção, incluindo leucócitos e fibroblastos.

No caso das células germinativas, a locomoção é essencial para o desenvolvimento eficaz do embrião. As células embrionárias percorrem distâncias importantes de seu local de origem até a região onde devem originar estruturas específicas.

Hidrólise

A hidrólise do ATP é uma reação que envolve a quebra da molécula pela presença de água. A reação é representada da seguinte forma:

ATP + Água ⇋ ADP + P _i + energia. Onde, o termo P _i se refere ao grupo fosfato inorgânico e ADP é difosfato de adenosina. Observe que a reação é reversível.

A hidrólise do ATP é um fenômeno que envolve a liberação de uma imensa quantidade de energia. A quebra de qualquer uma das ligações pirofosfato resulta na liberação de 7 kcal por mol - especificamente 7,3 de ATP para ADP e 8,2 para a produção de monofosfato de adenosina (AMP) de ATP. Isso equivale a 12.000 calorias por mol de ATP.

Por que essa liberação de energia ocorre?

Porque os produtos da hidrólise são muito mais estáveis ​​do que o composto inicial, ou seja, o ATP.

Deve-se mencionar que somente a hidrólise que ocorre nas ligações pirofosfato para dar origem à formação de ADP ou AMP leva à geração de energia em quantidades significativas.

A hidrólise das demais ligações da molécula não fornece tanta energia, com exceção da hidrólise do pirofosfato inorgânico, que possui grande quantidade de energia.

A liberação de energia dessas reações é utilizada para realizar reações metabólicas no interior da célula, uma vez que muitos desses processos precisam de energia para funcionar, tanto nas etapas iniciais das rotas de degradação quanto na biossíntese de compostos..

Por exemplo, no metabolismo da glicose, as etapas iniciais envolvem a fosforilação da molécula. Nas etapas a seguir, um novo ATP é gerado, para obter um lucro líquido positivo.

Do ponto de vista energético, existem outras moléculas cuja energia de liberação é maior que a do ATP, incluindo 1,3-bisfosfoglicerato, carbamilfosfato, fosfato de creatinina e fosfoenolpiruvato.

Obtenção de ATP

O ATP pode ser obtido por duas vias: fosforilação oxidativa e fosforilação no nível do substrato. O primeiro requer oxigênio, enquanto o último não. Cerca de 95% do ATP formado ocorre na mitocôndria.

Fosforilação oxidativa

A fosforilação oxidativa envolve um processo de oxidação de nutrientes em duas fases: a obtenção de coenzimas reduzidas NADH e FADH ₂ derivadas de vitaminas.

A redução dessas moléculas requer o uso de hidrogênios de nutrientes. Nas gorduras, a produção de coenzimas é notável, graças à enorme quantidade de hidrogênios que possuem em sua estrutura, se comparada aos peptídeos ou carboidratos.

Embora existam várias vias de produção de coenzima, a rota mais importante é o ciclo de Krebs. Posteriormente, as coenzimas reduzidas concentram-se nas cadeias respiratórias localizadas nas mitocôndrias, que transferem os elétrons para o oxigênio.

A cadeia de transporte de elétrons é composta por uma série de proteínas acopladas à membrana que bombeiam prótons (H +) para o exterior (veja a imagem). Esses prótons entram e cruzam novamente a membrana por meio de outra proteína, a ATP sintase, responsável pela síntese do ATP.

Em outras palavras, temos que reduzir as coenzimas, mais ADP e oxigênio geram água e ATP.

Fonte: Por Bustamante Yess, do Wikimedia Commons

Fosforilação em nível de substrato

A fosforilação ao nível do substrato não é tão importante quanto o mecanismo descrito acima e, como não requer moléculas de oxigênio, está frequentemente associada à fermentação. Assim, embora seja muito rápido, extrai pouca energia, se compararmos com o processo de oxidação seria cerca de quinze vezes menos.

Em nosso corpo, os processos de fermentação ocorrem no nível muscular. Esse tecido pode funcionar sem oxigênio, então é possível que uma molécula de glicose seja degradada em ácido lático (quando estamos fazendo alguma atividade esportiva exaustiva, por exemplo).

Nas fermentações, o produto final ainda possui potencial energético que pode ser extraído. No caso da fermentação no músculo, os carbonos do ácido láctico estão no mesmo nível de redução que os da molécula inicial: a glicose.

Assim, a produção de energia ocorre pela formação de moléculas que possuem ligações de alta energia, incluindo 1,3-bisfosfoglyrato e fosfoenolpiruvato.

Na glicólise, por exemplo, a hidrólise desses compostos está ligada à produção de moléculas de ATP, daí o termo “ao nível do substrato”.

Ciclo ATP

ATP nunca é armazenado. Está em um ciclo contínuo de uso e síntese. Isso cria um equilíbrio entre o ATP formado e seu produto hidrolisado, o ADP.

Fonte: Por Muessig, do Wikimedia Commons

Outras moléculas de energia

O ATP não é a única molécula composta de bifosfato de nucleosídeo que existe no metabolismo celular. Existem várias moléculas com estruturas semelhantes ao ATP que têm comportamento energético comparável, embora não sejam tão populares quanto o ATP.

O exemplo mais proeminente é o GTP, trifosfato de guanosina, que é usado no conhecido ciclo de Krebs e na via gliconeogênica. Outros menos usados ​​são CTP, TTP e UTP.

Referências

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2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall, Tratado de Fisiologia Médica. Elsevier Brasil.
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5. Pratt, CW e Kathleen, C. (2012). Bioquímica. Editorial El Manual Moderno.
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