ATP ed energia cellulare

Uno dei più importanti composti che costituisce il collegamento chimico fra catabolismo e anabolismo è l’ATP che è il principale trasportatore di energia dalle reazioni esoergoniche a quelle endoergoniche.

Il nome ATP è l’abbreviazione della denominazione adenosintrifosfato: tale molecola è costituita dalla base azotata adenina, legata allo zucchero ribosio, al quale, a sua volta, sono legati in sequenza tre gruppi fosfato

Grazie all’azione di un gruppo di enzimi denominati ATP-asi che catalizzano l’idrolisi dell’ATP ad ADP e fosfato, si ha liberazione di energia.

Questa reazione, fortemente esoergonica, è generalmente accoppiata con un altro processo intracellulare, in modo che l’energia libera rilasciata è usata per fornire forza motrice per una reazione endoergonica.

L’ATP e i suoi prodotti di idrolisi ovvero ADP e AMP sono dei nucleotidi costituiti da adenina, ribosio e 3,2 o 1 gruppo fosfato rispettivamente.

La variazione dell’energia libera standard di Gibbs associata all’idrolisi dell’ATP in ADP che avviene secondo la reazione:
ATP → ADP + P_i

è pari a ΔG° = – 7.3 kcal/mol

L’energia libera standard di Gibbs associata all’idrolisi dell’ATP in AMP che avviene secondo la reazione:
ATP → AMP + PP_i

è pari a ΔG° = – 7.7 kcal/mol.

Questo valore è di poco superiore, in valore assoluto, rispetto a quello dell’idrolisi dell’ATP in ADP. Il gruppo pirofosfato PP_i, grazie all’enzima pirofosfatasi viene a sua volta idrolizzato per dare due gruppi ortofosfato P_i secondo la reazione:

PP_i + H₂O → 2 P_i

La variazione dell’energia libera standard di Gibbs associata a questa reazione è di – 6.9 kcal/mol. Pertanto la reazione complessiva ha una variazione di energia libera pari a – 6.9 – 7.7 = – 14.6 kcal/mol

I legami ad alta energia presenti nell’ATP sono in realtà legami piuttosto instabili pertanto l’energia dell’ATP viene prontamente rilasciata quando viene idrolizzato nelle reazioni cellulari. 

L’ATP è prodotto come risultato di numerosi processi cellulari, tra cui la fermentazione, la respirazione e la fotosintesi. Più comunemente le cellule usano l’ADP come una molecola precursore e quindi aggiungono un fosforo ad esso. Negli eucarioti ciò può avvenire sia nella porzione solubile del citoplasma (citosol) che in speciali strutture produttrici di energia chiamate mitocondri

La maggior parte dell’ATP viene ottenuta grazie all’ADP è dovuta all’azione dell’ATP-sintasi che, trasportando ioni H⁺ tra due settori sfruttando il gradiente protonico generato dalla dalla catena di trasporto degli elettroni che catalizza la reazione:
ADP + P_i  + H⁺_est→ ATP + H₂O + H⁺_int