ATP Cofactor energético

UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLA, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE
ECAPMA
Nombre del Curso:
334001-Sistema Metabólico Nutricional
Tema: ATP Cofactor energético
JAIRO ENRIQUE GRANADOS MORENO.,MSc
(Director Nacional)
2014
1
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
El adenosín trifosfato ó trifosfato de adenosina (ATP),es considerada como una biomolécula
energética, con alto potencial de transferencia de grupos fosfato y Cuyo papel fundamental es el
de
transportar
la
energía
libre(ΔG),
de
las
reacciones
bioquímicas
enzimáticas
metabólicas(RBEM).
Dicha biomolécula tiene tres componentes básicos:
Una base nitrogenada púrica denominada: Adenina , un monosacárido pentosa llamado ribosa y
tres grupos fosfatos enlazados mediante enlaces químicos fosfoanhídridos de éster, los cuales
almacenan y transportan la energía metabólica.
La estructura de la molécula, se muestra a continuación (Lehninger., 2000)
Figura 3. Estructura molecular del ATP (Lehninger.,2000)
2
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
Es así como el enlace del último radical fosfato contiene unas 7300 calorías por mol, lo que
significa que cuando éste se rompe por hidrólisis, se deben liberar 7300 calorías por mol, es
decir:
ATP + H2O <======> ADP + Fosfato + 7300 calorías
Esta energía química del ATP la utiliza la célula en su trabajo biológico, transformándola en
energía mecánica, eléctrica, térmica y por último en calor
La reacción anterior es reversible, lo cual indica, que para formar una molécula de ATP, debe
presentarse la reacción entre el ADP (Adenosín difosfato) y una molécula de fosfato, con un
suministro de 7300 calorías por mol, por lo tanto, este proceso consume energía.
Es importante el análisis cuantitativo de esta energía producida en un organismo animal, por
eso, su valoración se fundamenta principalmente en el calor desprendido o liberado por éste, en
una bomba calorimétrica o calorímetro de respiración, con este aparato, se lleva cuenta del
ingreso de alimentos, agua y oxígeno, de la excreción de sólidos, líquidos, gases y la producción
de calor.
Esta medición se denomina calorimetría directa y sirve para efectuar un balance energético en
la nutrición animal, es decir, el análisis de energía metabolizable, energía neta y energía
nutritiva total, esenciales en el estado nutricional del animal.
La energía utilizada, es extraída gradualmente de los alimentos (carbohidratos, lípidos y
proteínas)
a
formación
de
través
Acetil
de
CoA
tres
y
ciclo
etapas
de
fundamentalmente
Krebbs
con
la
oxidativas:
fosforilación
Hidrólisis,
oxidativa,
los
productos finales de estas etapas son el gas carbónico, agua y lo más importante:
ENERGÍA.
La
cual
es
almacenada
en
3
una
molécula
extraordinaria:
El
ATP
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
Flujo y tipos de energía en los animales.
La fuente primaria de toda la energía utilizada por los animales, las plantas y todos los
organismos vivos del planeta está en la energía liberada por el sol. Esta es captada por
las plantas en el proceso de la fotosíntesis, con la formación de cadenas carbonadas
(glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, etc.) que conservan dicha energía y de donde
posteriormente los animales la obtienen para suplir sus necesidades.
Todas las complejas funciones del organismo animal son realizadas por medio de la
energía. Así, el trabajo celular, la biosíntesis, el trabajo osmótico, el trabajo mecánico y
demás funciones orgánicas, son posibles gracias a la energía, la cual toma de los
productos ingeridos, que al ser oxidados en el organismo animal, liberan la energía
contenida en ellos.
En los animales superiores la temperatura se mantiene constante a 37° Celsius, esto hace
que no se pueda utilizar el calor como fuente de energía para realizar el trabajo. Sin
embargo, los animales realizan trabajo; la razón de ello es que la energía producida en las
reacciones química a nivel celular es captada en forma de energía química y utilizada
posteriormente para el trabajo celular.
En este aspecto el ATP juega un importantísimo papel como transportador de toda la
energía química requerida en todas las reacciones del metabolismo. Su formación, a partir
del ADP y el fósforo inorgánico, está acoplada a la degradación de las moléculas que
actúan como combustibles y que liberan la energía requerida para ello. Posteriormente el
ATP libera su energía la cual es usada para todo el trabajo celular. Tal es el ciclo que se
establece entre las plantas y los animales y el papel del ATP como intermediario en los
intercambios de energía a nivel celular, tanto en las plantas como en los animales.
El ciclo energético en su conjunto incluye los siguientes aspectos:
1. La fotofosforilación. Es decir, la captación de la energía de las radiaciones solares en
los cloroplastos de las plantas verdes y su transformación en energía química en forma de
4
ATP.
2. La utilización de la energía química del ATP para la formación de sustancias orgánicas
tales como glúcidos, lípidos, aminoácidos, etc., por los vegetales, donde a partir del CO2,
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
Flujo y tipos de energía en los animales.
La fuente primaria de toda la energía utilizada por los animales, las plantas y todos los
organismos vivos del planeta está en la energía liberada por el sol. Esta es captada por las
plantas en el proceso de la fotosíntesis, con la formación de cadenas carbonadas (glucosa,
ácidos grasos, aminoácidos, etc.) que conservan dicha energía y de donde posteriormente
los animales la obtienen para suplir sus necesidades.
Todas las complejas funciones del organismo animal son realizadas por medio de la energía.
Así, el trabajo celular, la biosíntesis, el trabajo osmótico, el trabajo mecánico y demás
funciones orgánicas, son posibles gracias a la energía, la cual toma de los productos
ingeridos, que al ser oxidados en el organismo animal, liberan la energía contenida en ellos.
En los animales superiores la temperatura se mantiene constante a 37° Celsius, esto hace
que no se pueda utilizar el calor como fuente de energía para realizar el trabajo. Sin embargo,
los animales realizan trabajo; la razón de ello es que la energía producida en las reacciones
química a nivel celular es captada en forma de energía química y utilizada posteriormente
para el trabajo celular.
En este aspecto el ATP juega un importantísimo papel como transportador de toda la energía
química requerida en todas las reacciones del metabolismo. Su formación, a partir del ADP y
el fósforo inorgánico, está acoplada a la degradación de las moléculas que actúan como
combustibles y que liberan la energía requerida para ello. Posteriormente el ATP libera su
energía la cual es usada para todo el trabajo celular. Tal es el ciclo que se establece entre las
plantas y los animales y el papel del ATP como intermediario en los intercambios de energía
a nivel celular, tanto en las plantas como en los animales.
El ciclo energético en su conjunto incluye los siguientes aspectos:
1. La fotofosforilación. Es decir, la captación de la energía de las radiaciones solares en los
cloroplastos de las plantas verdes y su transformación en energía química en forma de ATP.
5
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
2. La utilización de la energía química del ATP para la formación de sustancias orgánicas
tales como glúcidos, lípidos, aminoácidos, etc., por los vegetales, donde a partir del CO2, y
del H2O, se forman las cadenas carbonadas que serán posteriormente utilizadas por los
animales.
3. La respiración celular en las mitocondrias de las células de los animales, donde estos
productos son oxidados a CO2, y H2O liberando su energía que es utilizada para la síntesis
del ATP (fosforilación oxidativa).
4. La utilización de la energía del ATP formado para realizar todo el trabajo celular, que
incluye el trabajo químico o biosintético (síntesis de proteínas, glúcidos, lípidos, y otras
biomacromoléculas ).
Tipos de energía en los animales
A partir de los aspectos antes analizados, sobre todo el flujo de energía en la naturaleza y el
sistema representado por la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa, se comprende el
papel de la energía dentro del metabolismo.
Es importante señalar que toda la energía requerida por un sistema metabólico debe estar
presente y por supuesto suministrada por el entorno. Es decir, los animales requieren del
suministro constante de energía la cual obtienen de los productos alimenticios ingeridos y los
vegetales del sol.
La energía contenida en los alimentos ingeridos recibe el nombre de energía bruta (EB) y se
obtiene por combustión completa del alimento en base a materia seca. La energía bruta de
un alimento está dada por la relación que contenga de carbohidratos, proteínas, grasas y
otros compuestos orgánicos. Un gramo de carbohidrato produce por combustión 4.10 kcal, un
gramos de proteínas 5,65 kcal y un gramo de grasas 9,45 kcal. Como es lógico el incremento
de proteínas y sobre todo de grasas en la composición del alimento aumenta el valor
energético de los mismos.
6
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
Estos conceptos son muy aplicados en nutrición animal para establecer diferentes tipos de
dietas.
Si a la energía bruta (EB) le descontamos la energía perdida por las heces (EF) debido a los
alimentos sin digerir, así como, a las secreciones del aparato digestivo, restos celulares,
microbios entéricos, etcétera, se obtiene la energía digestible (ED). La energía digestible
depende del coeficiente de digestibilidad de la ele la dieta lo cual se debe fundamentalmente
a la composición química su solubilidad y posibilidades de hidrólisis, por las enzimas el
aparato digestivo de cada especie animal. La energía digestible varía mucho en dependencia
del alimento y es un concepto de mayor utilidad que el de energía bruta.
Si de la energía digestible descontamos la energía urinaria, debido a productos
absorbidos no oxidados y la energía perdida por los productos gaseosos de la
digestión, sobre todo del metano en los rumiantes, obtenemos la energía metabolizable (EM).
La energía metabolizable
representa la suma de la energía de todos los productos
asimilados una vez descontadas las pérdidas anteriores. Es un índice de gran valor pues a
partir de ella, deducido la energía por el incremento del calor, se obtiene la energía neta (EN)
del metabolismo.
La energía neta responde a la energía usada directamente en las funciones celulares tanto la
de mantenimiento (EN de mantenimiento) es decir la energía del metabolismo basal,
actividad corporal, etc. Y la energía de producción (EN de producción) referida a la energía
para crecimiento, trabajo, producción de leche, lana, reproducción, etc.
Por supuesto todos estos conceptos tienen una utilidad práctica en los sistemas de
alimentación sobre todo el concepto de energía digestible. A nivel metabólico como ya
habíamos expresado se une el término de energía libre para ver la tendencia de las
reacciones. Se refiere a la energía capaz de realizar trabajo biosintético, osmótico o
7
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA Y A DISTANCIA
mecánico y representada por las Kcal captadas en los enlaces macroenergéticos del ATP a
partir de la oxidación de un mol de glucosa, de ácido graso o de aminoácido. Es decir son
conceptos diferentes pues cuando hablamos de energía bruta o energía metabolizable se
refiere a energía de combustión.
Por ejemplo:
1 gramo de glucosa produce 3,76 Kcal de EB
1 gramo de ácido palmítico produce 9.35 Kcal de EB
Mientras la energía química obtenida en forma de enlaces macroenergéticos del ATP es:
1 gramo de glucosa: 1.48 Kcal
1 gramo de ácido palmítico 3,58 Kcal
Es decir hay una captación de un 39% para la glucosa de la energía total de estos
compuestos y de un 38% para el ácido palmítico.
Estos conceptos son muy útiles a la hora de entender el flujo energético en la naturaleza
pues permite comprender que en el paso de los compuestos por todos los procesos
metabólicos, por ejemplo de la glucosa al CO 2 hay unas 21 reacciones, se va liberando
energía en forma de calor e incrementando la entropía, en definitiva
8