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Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 7
Lição 4: ATP e acoplamento de reaçõesATP e acoplamento de reações
Google Sala de AulaEstrutura do ATP, hidrólise do ATP em ADP, e reação de acoplamento.
Introdução
Uma célula pode ser vista como uma cidade pequena e movimentada. Proteínas transportadoras movem substâncias para dentro e para fora da célula, proteínas motoras transportam ativamente suas cargas ao longo das trilhas dos microtúbulos e as enzimas metabólicas atarefadamente quebram e constroem macromoléculas.
Mesmo que não fossem, isoladamente, favorecidos energeticamente (liberadores de energia ou exergônicos), tais processos continuariam animadamente enquanto houvesse energia disponível (como os negócios, que numa cidade, continuam enquanto houver dinheiro fluindo). No entanto, se a energia acabar, as reações vão parando, e a célula começará a morrer.
Reações energeticamente desfavoráveis são "pagas" por reações ligadas a elas, energeticamente favoráveis, isto é, que liberam energia. Muitas vezes, a reação de "pagamento" envolve uma determinada molécula pequena: trifosfato de adenosina, ou ATP.
Estrutura do ATP e hidrólise
Trifosfato de adenosina, ou ATP, é uma molécula pequena e relativamente simples. Ela pode ser considerada a principal moeda de energia das células, tanto quanto o dinheiro é a moeda econômica das sociedades humanas. A energia liberada pela hidrólise (quebra) do ATP é utilizada para alimentar muitas reações celulares que requerem energia.
Estruturalmente, o ATP é um nucleotídeo de RNA que tem uma cadeia de três fosfatos. No centro da molécula encontra-se um açúcar com cinco carbonos, ribose, ligado a base nitrogenada adenina e a cadeia de três fosfatos.
Os grupos de três fosfatos, na ordem do mais próximo ao mais distante do açúcar ribose, são denominados alfa, beta e gama. O ATP torna-se instável pelas três cargas negativas adjacentes na sua cauda de fosfato, que "querem" muito se distanciar uma da outra. As ligações entre os grupos fosfato são chamadas ligações fosfoanidrido e você pode ouvir referirem-se a elas como ligações de “alta energia” .
Hidrólise de ATP
Por que as ligações de fosfoanidrido são consideradas de alta energia? Isso significa que uma quantidade apreciável de energia é liberada quando uma dessas ligações se quebra numa hidrólise (reação de quebra mediada por água). O ATP é hidrolisado a ADP na seguinte reação:
Nota:
Como muitas reações químicas, a hidrólise do ATP para ADP é reversível. A reação reversa, que regenera ATP a partir de ADP e
Você pode considerar o ATP e o ADP como sendo as formas carregada e descarregada de uma pilha recarregável (como mostrado acima). O ATP, a pilha carregada, tem energia que pode ser usada para acionar reações celulares. Assim que a energia for consumida, a bateria descarregada (ADP) deve ser carregada, antes que possa ser usada novamente como fonte de energia. A reação de regeneração de ATP é simplesmente o inverso da reação de hidrólise:
Foi mencionado que muita energia é liberada durante a hidrólise do ATP, mas de quanto estamos falando? O ∆G para a hidrólise de um mol de ATP em ADP e
Acoplamento de reações
Como a energia liberada pela hidrólise do ATP é usada para outras reações numa célula? Na maioria dos casos, as células usam uma estratégia chamada reação de acoplamento, em que uma reação energeticamente favorável (como a hidrólise do ATP) está diretamente ligada a uma reação energeticamente desfavorável (endergônica). Muitas vezes a ligação acontece através de um intermediário compartilhado, o que significa que um produto de uma reação é "capturado" e usado como um reagente na segunda reação.
Quando duas reações são acopladas, elas podem ser somadas para dar como resultado uma reação global, e o ΔG desta reação será a soma dos valores de ΔG das reações individuais. Enquanto o ΔG geral for negativo, ambas as reações podem ocorrer. Mesmo uma reação muito endergônica pode ocorrer se estiver acoplada a uma reação muito exergônica (como a hidrólise de ATP). Por exemplo, podemos somar duas reações genéricas acopladas por um intermediário compartilhado, B, da seguinte forma:
Você poderá notar que o intermediário, B, não aparece na reação acoplada geral. Isto porque ele aparece tanto como produto quanto como reagente, então, os dois Bs cancelam um ao outro quando as reações estão juntas.
ATP no acoplamento de reações
Quando o acoplamento de reações envolve o ATP, o intermediário compartilhado é frequentemente uma molécula fosforilada (uma molécula à qual um dos grupos fosfatos do ATP se ligou). Para ver um exemplo de como isso funciona, vamos analisar a formação de sacarose, ou açúcar de mesa, a partir de glicose e frutose
Estudo de caso: vamos fazer sacarose!
A formação de sacarose requer um aporte de energia: seu ΔG é cerca de
Como a energia liberada na hidrólise de ATP é canalizada para a produção de uma molécula de sacarose? Acontece que, na verdade, ocorrem duas reações, não apenas uma grande reação, e o produto da primeira reação funciona como reagente para a segunda.
- Na primeira reação, um grupo fosfato é transferido do ATP para a glicose, formando um intermediário de glicose fosforilada (glicose-P). Isto é uma reação energeticamente favorável (que libera energia) porque o ATP é muito instável, ou seja, ele realmente "quer" perder seu grupo fosfato
- Na segunda reação, o intermediário da glicose-P reage com a frutose, para formar a sacarose. Como a glicose-P é relativamente instável (graças ao seu grupo fosfato anexo), esta reação também libera energia e é espontânea.
Este exemplo mostra como o acoplamento de reações envolvendo ATP pode funcionar por meio da fosforilação, quebrando uma reação em duas etapas energeticamente favoráveis ligadas por um intermediário fosforilado (que contenha um fosfato). Esta estratégia é usada em muitas vias metabólicas da célula, fornecendo um meio para que a energia liberada pela conversão de ATP em ADP impulsione outras reações.
Diferentes tipos de acoplamento de reações na célula
O exemplo acima mostra como a hidrólise de ATP pode ser acoplada a uma reação biossintética. No entanto, a hidrólise de ATP também pode ser acoplada para outras classes de reações celulares, tais como as alterações da forma das proteínas que transportam outras moléculas para dentro ou para fora da célula.
Estudo de caso: bomba sódio-potássio
É energeticamente desfavorável mover sódio (
Neste processo, o ATP transfere um de seus grupos fosfato para a proteína da bomba, formando ADP e uma forma fosforilada "intermediária" da bomba. A bomba fosforilada é instável em sua conformação original (voltada para dentro da célula), então torna-se mais estável, alterando sua forma, abrindo para o exterior da célula e liberando íons de sódio para o lado de fora. Quando íons potássio extracelulares unem-se à bomba fosforilada, provocam a remoção do grupo fosfato, tornando a proteína instável na sua forma voltada para o exterior. Então, a proteína se tornará mais estável retornando à sua forma original, e liberando os íons de potássio dentro da célula.
Apesar deste exemplo envolver gradientes químicos e transportadores de proteínas, o princípio básico é similar ao exemplo de sacarose acima. A hidrólise de ATP é acoplada a um processo que requeira trabalho (energeticamente desfavorável) por meio da formação de um intermediário fosforilado instável, permitindo que o processo ocorra em uma série de etapas que são energeticamente favoráveis.
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porque algumas reações precisam do acoplamento do ATP?(1 voto)
Porque elas são endergônicas (ou energicamente desfavoráveis) precisando de um "start", como que uma ignição, uma energia inicial. Essa energia é fornecida pela hidrólise do ATP.(3 votos)