¿Por qué es el ATP, pero no el ADP o el AMP, la única fuente de energía?

Question

¿Por qué se requieren tres grupos fosfato (como en el ATP) para la liberación de energía, pero no dos (ADP) o uno (AMP) fosfatos? ¿Cómo se libera energía al romper el enlace fosfato?

Answer 1

Permítanme agregar a la excelente respuesta de iad22agp.

A menudo, en clases introductorias de bioquímica, la diferencia entre los enlaces fosfoanhidrido y éster de fosfato no se explica adecuadamente.

El ATP (y el ADP) contienen enlaces de fosfoanhidrido. En estos enlaces, dos grupos de ácido fosfórico se condensan en uno:

$\ ce {R ~ - H2PO3 + R '~ - H2PO3 -> R-HO2P-O-PO2H-R' + H2O} $

En contraste, AMP y muchas otras biomoléculas que contienen fosfato como glucosa-6-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato, contienen enlaces de éster de fosfato, donde un grupo fosfato se condensa con un alcohol:

$\ ce {R ~ - H2PO3 + R'OH -> R-HPO2-O-R' + H2O} $

Al igual que los ésteres "normales" (es decir, carboxilatos) como el acetato de etilo son más estables a la hidrólisis que los anhídridos carboxílicos (por ejemplo, el anhídrido acético), los ésteres de fosfato son mucho más estables y de "menor energía" que los enlaces de fosfoanhidrido. No tienen suficiente energía para alimentar muchas de las reacciones clave de la biosíntesis. Así se explica por qué AMP no es una buena fuente de energía.

Por cierto, los anhídridos mixtos de fosfato-carboxilato tienen tanta o más energía que los enlaces de fosfoanhidrido. Ejemplos de bioquímica incluyen el fosfato de acetilo o el fosfoenolpiruvato.

Entonces, el ATP tiene dos enlaces de fosfoanhidrido. Y como mencionó iad22agp, la naturaleza electrofílica del átomo central de P hace que el enlace de fosfoanhidrido más externo sea especialmente propenso a la hidrólisis. Sin embargo, el ADP todavía contiene un enlace de fosfoanidrido de alta energía. Considere esta reacción:

$\ ce {ATP + AMP <=> 2 ADP} $

La constante de equilibrio para esta reacción es aproximadamente $ 2.82 $ , lo que significa que la dirección "hacia adelante" hacia la derecha está favorecida, pero no en gran medida. Por lo tanto, la "energía extra" del enlace de fosfoanhidrido particularmente de alta energía del ATP no es realmente mucho más alta que la del enlace de fosfoanidrido común y corriente del ADP.

Hay ejemplos algo raros donde el ADP alimenta reacciones metabólicas clave pero no lo hace el ATP. Eso muestra que es casi tan buena fuente de energía como el ATP.

La razón por la que el ATP es tan prevalente probablemente se deba a razones evolutivas. Además, otro truco que a veces usan las enzimas con ATP es hidrolizar el enlace de fosfoanidrido interior, lo que conduce a AMP y pirofosfato. Debido a que las enzimas pirofosfatasas degradan rápidamente el pirofosfato en dos grupos de ortofosfato libres, este truco hace que lo que habría sido una reacción reversible sea efectivamente irreversible. Ese truco no funciona con el ADP porque solo tiene un enlace de fosfoanidrido.

Answer 2

Piensa en el ADP y ATP como anhídridos fosfóricos sustituidos. El ATP tiene una fuerte tendencia a la hidrólisis debido a la naturaleza electrofílica del átomo de fósforo central que lleva dos grupos fosfato deficientes en electrones. (nota que el ADP tiene solo uno, y es una fuente de energía más pobre, mientras que el AMP tiene solo un enlace de éster fosfato normal.) El ATP es relativamente estable cinéticamente a la hidrólisis en ausencia de una enzima (que simplemente desperdiciaría la energía como calor), pero una amplia variedad de enzimas son capaces de acoplar la reacción de hidrólisis del ATP para impulsar varias reacciones u otros procesos.