Difosfato de adenosina

El difosfato de adenosina (ADP), también conocido como pirofosfato de adenosina (APP), es un importante compuesto en el metabolismo y es esencial para el flujo de energía en las células vivas. El ADP consta de tres componentes estructurales importantes: un esqueleto de azúcar unido a la adenina y dos grupos de fosfato unidos al átomo de carbono 5 de la ribosa. El grupo difosfato del ADP se une al carbono 5' del esqueleto del azúcar, mientras que la adenina se une al carbono 1'.

El ADP se puede interconvertir en trifosfato de adenosina (ATP) y monofosfato de adenosina (AMP). El ATP contiene un grupo fosfato más que el ADP. AMP contiene un grupo fosfato menos. La transferencia de energía utilizada por todos los seres vivos es el resultado de la desfosforilación de ATP por enzimas conocidas como ATPasas. La escisión de un grupo fosfato de ATP da como resultado el acoplamiento de energía a reacciones metabólicas y un subproducto de ADP. El ATP se reforma continuamente a partir de especies de menor energía ADP y AMP. La biosíntesis de ATP se logra mediante procesos como la fosforilación a nivel de sustrato, la fosforilación oxidativa y la fotofosforilación, todos los cuales facilitan la adición de un grupo fosfato al ADP.

Bioenergética

El ciclo ADP proporciona la energía necesaria para trabajar en un sistema biológico, el proceso termodinámico de transferir energía de una fuente a otra. Hay dos tipos de energía: energía potencial y energía cinética. La energía potencial se puede considerar como energía almacenada o energía utilizable que está disponible para realizar un trabajo. La energía cinética es la energía de un objeto como resultado de su movimiento. La importancia del ATP radica en su capacidad para almacenar energía potencial dentro de los enlaces de fosfato. La energía almacenada entre estos enlaces se puede transferir para realizar trabajo. Por ejemplo, la transferencia de energía del ATP a la proteína miosina provoca un cambio conformacional al conectarse a la actina durante la contracción muscular.

Se requieren múltiples reacciones entre la miosina y la actina para producir efectivamente una contracción muscular y, por lo tanto, se requiere la disponibilidad de grandes cantidades de ATP para producir cada contracción muscular. Por esta razón, los procesos biológicos han evolucionado para producir formas eficientes de reponer la energía potencial de ATP a partir de ADP.

La ruptura de uno de los enlaces de fósforo del ATP genera aproximadamente 30,5 kilojulios por mol de ATP (7,3 kcal). El ADP se puede convertir o volver a convertir en ATP a través del proceso de liberación de la energía química disponible en los alimentos; en los humanos, esto se realiza constantemente a través de la respiración aeróbica en las mitocondrias. Las plantas usan vías fotosintéticas para convertir y almacenar energía de la luz solar, también conversión de ADP a ATP. Los animales usan la energía liberada en la descomposición de la glucosa y otras moléculas para convertir ADP en ATP, que luego se puede usar para alimentar el crecimiento necesario y el mantenimiento celular.

Respiración celular

Catabolismo

La ruta catabólica de diez pasos de la glucólisis es la fase inicial de liberación de energía libre en la descomposición de la glucosa y se puede dividir en dos fases, la fase preparatoria y la fase de pago. El ADP y el fosfato son necesarios como precursores para sintetizar ATP en las reacciones de compensación del ciclo TCA y el mecanismo de fosforilación oxidativa. Durante la fase de pago de la glucólisis, las enzimas fosfoglicerato cinasa y piruvato cinasa facilitan la adición de un grupo fosfato al ADP por medio de la fosforilación a nivel de sustrato.

Glucólisis

La glucólisis la realizan todos los organismos vivos y consta de 10 pasos. La reacción neta para el proceso general de la glucólisis es:

Glucose + 2 NAD + 2 P_i + 2 ADP → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H₂O

Los pasos 1 y 3 requieren la entrada de energía derivada de la hidrólisis de ATP a ADP y P_i (fosfato inorgánico), mientras que los pasos 7 y 10 requieren la entrada de ADP, cada uno produciendo ATP. Las enzimas necesarias para descomponer la glucosa se encuentran en el citoplasma, el líquido viscoso que llena las células vivas, donde tienen lugar las reacciones glucolíticas.

Ciclo del ácido cítrico

El ciclo del ácido cítrico, también conocido como el ciclo de Krebs o el ciclo TCA (ácido tricarboxílico), es un proceso de 8 pasos que toma el piruvato generado por la glucólisis y genera 4 NADH, FADH2 y GTP, que luego se convierte en ATP. Es solo en el paso 5, donde se genera GTP, por la succinil-CoA sintetasa, y luego se convierte en ATP, que se usa ADP (GTP + ADP → GDP + ATP).

Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa produce 26 de los 30 equivalentes de ATP generados en la respiración celular mediante la transferencia de electrones del NADH o FADH2 al O2 a través de transportadores de electrones. La energía liberada cuando los electrones pasan del NADH o FADH2 de mayor energía al O₂ de menor energía se requiere para fosforilar el ADP y generar nuevamente ATP. Es este acoplamiento de energía y fosforilación de ADP a ATP lo que le da a la cadena de transporte de electrones el nombre de fosforilación oxidativa.

Complejo ATP sintasa mitocondrial

Durante las fases iniciales de la glucólisis y el ciclo TCA, los cofactores como NAD+ donan y aceptan electrones que ayudan en la capacidad de la cadena de transporte de electrones para producir un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna. El complejo ATP sintasa existe dentro de la membrana mitocondrial (porción F_O) y sobresale en la matriz (porción F₁). La energía derivada como resultado del gradiente químico se utiliza luego para sintetizar ATP acoplando la reacción de fosfato inorgánico a ADP en el sitio activo de la enzima ATP sintasa; la ecuación para esto se puede escribir como ADP + P_i → ATP.

Activación de plaquetas en sangre

En condiciones normales, las pequeñas plaquetas en forma de disco circulan en la sangre libremente y sin interacción entre sí. El ADP se almacena en cuerpos densos dentro de las plaquetas de la sangre y se libera tras la activación plaquetaria. El ADP interactúa con una familia de receptores de ADP que se encuentran en las plaquetas (P2Y1, P2Y12 y P2X1), lo que conduce a la activación plaquetaria.

• P2Y1 Los receptores inician la agregación de plaquetas y el cambio de forma como resultado de interacciones con ADP.
• P2Y12 Amplificar aún más la respuesta a los receptores ADP y sacar adelante la terminación de la agregación.

El ADP en la sangre se convierte en adenosina por la acción de las ecto-ADPasas, lo que inhibe la activación adicional de las plaquetas a través de los receptores de adenosina.