Fosfato de alta energía

Fosfato de alta energía puede significar una de dos cosas:

• Se crean los vínculos fosfato-fosfato (fosfoanhídrido/anhidrato fosfórico/macroergico/fosfagen) cuando se crean compuestos como el difosfato adenosino (ADP) y el triphosfato adenosino (ATP).
• Los compuestos que contienen estos lazos, que incluyen los difosfatos nucleósidos y los triphosfatos nucleósidos, y los compuestos de almacenamiento de alta energía del músculo, los fosfógenos. Cuando la gente habla de una piscina de fosfato de alta energía, hablan de la concentración total de estos compuestos con estos bonos de alta energía.

Los enlaces de fosfato de alta energía suelen ser enlaces de pirofosfato, enlaces de anhídrido ácido formados al tomar derivados del ácido fosfórico y deshidratarlos. Como consecuencia, la hidrólisis de estos enlaces es exergónica en condiciones fisiológicas, liberando energía libre de Gibbs.

Excepto para PP_i → 2 P_i, estas reacciones, en general, no se permiten sin control en la célula humana, sino que se acoplan a otros procesos que necesitan energía para llevarlos a cabo. Por lo tanto, las reacciones de fosfato de alta energía pueden:

• proporcionar energía a los procesos celulares, permitiéndoles correr
• proceso de pareja a un núcleo particular, permitiendo el control regulatorio del proceso
• conducir una reacción fuera del equilibrio a la derecha) promoviendo una dirección de la reacción más rápido que el equilibrio puede relajarse.

La única excepción es valiosa porque permite una sola hidrólisis, ATP + H₂O → AMP + PP_i, para suministrar efectivamente la energía de hidrólisis de dos enlaces de alta energía, permitiéndose que la hidrólisis de PP_i se complete en una reacción separada. El AMP se regenera a ATP en dos pasos, con la reacción de equilibrio ATP + AMP ↔ 2ADP, seguida de la regeneración de ATP por los medios habituales, la fosforilación oxidativa u otras vías productoras de energía, como la glucólisis.

A menudo, los enlaces de fosfato de alta energía se indican con el carácter '~'. En este "garabato" notación, ATP se convierte en A-P~P~P. La notación ondulada fue inventada por Fritz Albert Lipmann, quien propuso por primera vez ATP como la principal molécula de transferencia de energía de la célula, en 1941. La notación de Lipmann enfatiza la naturaleza especial de estos enlaces. Stryer afirma:

ATP se llama a menudo un compuesto de alta energía y sus bonos de fosfoanhidrido se denominan bonos de alta energía. No hay nada especial en los bonos mismos. Son bonos de alta energía en el sentido de que la energía libre es liberada cuando son hidrolizados, por las razones indicadas anteriormente. El término de Lipmann “lazo de alta energía” y su símbolo ~P (squiggle P) para un compuesto que tiene un alto potencial de transferencia de grupo de fosfato son notaciones vívidas, concisas y útiles. De hecho, la lucha de Lipmann hizo mucho para estimular el interés en la bioenergética.

El término 'alta energía' con respecto a estos enlaces puede ser engañoso porque el cambio de energía libre negativa no se debe directamente a la ruptura de los enlaces mismos. La ruptura de estos enlaces, como la ruptura de la mayoría de los enlaces, es endergónica y consume energía en lugar de liberarla. El cambio negativo de energía libre proviene del hecho de que los enlaces formados después de la hidrólisis, o la fosforilación de un residuo por ATP, tienen menos energía que los enlaces presentes antes de la hidrólisis. (Esto incluye todos los enlaces involucrados en la reacción, no solo los enlaces de fosfato en sí). Este efecto se debe a una serie de factores que incluyen una mayor estabilización por resonancia y solvatación de los productos en relación con los reactivos.