¿CÓMO SE TRANSPORTA LA ENERGÍA EN LAS CÉLULAS?

Casi todos los organismos se mueven por la degradación de la glucosa. Al combinar glucosa con oxígeno y liberar dióxido de carbono y agua, las células adquieren la energía química de la molécula de glucosa. Esta energía se usa para realizar trabajo celular, como la formación de moléculas biológicas complejas y contraer los músculos. Pero la glucosa no puede usarse directamente para impulsar estos procesos endergónicos, sino que la energía liberada por la degradación de la glucosa se transfiere primero a una molécula portadora de energía. Las moléculas portadoras de energía son moléculas energéticas e inestables que se sintetizan en el sitio de la reacción exergónica y captan parte de la energía liberada. Estas moléculas portadoras funcionan de manera parecida a las pilas recargables: toman una carga de energía en una reacción exergónica, se mueven a otra parte de la célula y liberan la energía para impulsar la reacción endergónica. Como las moléculas portadoras de energía son inestables, se usan sólo para captar y transferir energía dentro de las células. No pueden llevar energía de una a otra célula ni se usan para almacenamiento de largo plazo.

El ATP es el principal portador de energía en las células

Muchas reacciones exergónicas de las células producen adenosín trifosfato (ATP), la molécula portadora de energía más común del cuerpo. Como proporciona energía para impulsar diversas reacciones endergónicas, se dice que el ATP es el “dinero” de las células. El ATP es un nucleótido compuesto de la base nitrogenada adenina, el azúcar ribosa y tres grupos fosfatos. La energía liberada en las células durante la degradación de la glucosa u otras reacciones exergónicas se usa para combinar las moléculas de energía baja adenosín difosfato (ADP) y fosfato (también simbolizado como P) en una molécula de ATP energética y mucho menos estable (FIGURA 6-8a). La formación del ATP es endergónica, requiere un aporte de energía que es captado en esta nueva molécula energética.

El ATP guarda energía en los enlaces químicos y la transporta a lugares de la célula donde se efectúan las reacciones que requieren energía. Ésta es liberada a medida que se degrada el ATP y se regeneran el ADP y P (FIGURA 6-8b). El tiempo de vida de una molécula de ATP en una célula viva es muy breve. Si pudieran acumularse (en lugar de reciclarse) las moléculas de ATP que usas nada más para sentarte en tu escritorio todo el día, pesarían alrededor de 40 kilogramos. Un maratonista puede reciclar el equivalente a medio kilogramo de ATP cada minuto, así que si las conversiones no fueran rápidas, la carrera sería muy corta. Como puedes ver, el ATP no es una molécula de almacenamiento de energía a corto plazo. Moléculas relativamente estables, como glucógeno y lípidos, pueden almacenar energía durante horas, días o, en el caso de los lípidos, durante años.

Los portadores de electrones también transportan energía en las células

El ATP no es la única molécula portadora de energía en las células. En algunas reacciones exergónicas, incluyendo la degradación de la glucosa y la etapa de captación de la luz de la fotosíntesis, se transfiere alguna energía a electrones. Estos electrones energéticos, junto con iones hidrógeno (H, presente en el citosol) son captados por moléculas portadoras de energía especiales llamadas transportadores de electrones. Los transportadores de electrones comunes son la nicotinamida adenina dinucleótido (NADH) y su molécula emparentada, la flavina adenina dinucleótido (FADH2). Los transportadores de electrones cargados donan sus electrones energéticos a otras moléculas que se encuentran en las vías que generan ATP.

Las reacciones acopladas enlazan las reacciones exergónicas con las endergónicas

En una reacción acoplada, una reacción exergónica proporciona la energía necesaria para impulsar una reacción endergónica (FIGURA 6-9). Por ejemplo, en la fotosíntesis las plantas aprovechan la energía solar (de las reacciones exergónicas en el centro del Sol) para impulsar la síntesis endergónica de moléculas energéticas de glucosa a partir de reactantes de baja energía (dióxido de carbono y agua). Casi todos los organismos usan la energía liberada por reacciones exergónicas (como la degradación de la glucosa en dióxido de carbono y agua) para impulsar reacciones endergónicas (como la síntesis de proteínas a partir de los aminoácidos). Como se pierde energía como calor cada vez que se transforma, en las reacciones acopladas la energía liberada por las reacciones exergónicas debe superar la energía necesaria para impulsar las reacciones endergónicas.

Las partes exergónica y endergónica de las reacciones acopladas ocurren en partes diferentes de la célula, así que debe haber alguna manera de transferir la energía de las reacciones exergónicas que liberan energía a las endergónicas que la necesitan. En las reacciones acopladas, la energía se traslada por medio de moléculas transportadoras de energía, como el ATP. En su función de intermediario de las reacciones acopladas, el ATP se sintetiza de manera constante para captar la energía liberada en reacciones exergónicas y luego se degrada para impulsar las reacciones endergónicas, como se indica en la figura 6-9.