ATP

Qué es el ATP

El adenosín trifosfato, conocido universalmente por la sigla ATP (del inglés adenosine triphosphate), pertenece al grupo de los nucleósidos trifosfato. Su nombre describe la estructura: un nucleósido formado por adenina y ribosa (la adenosina) al que se unen tres grupos fosfato en posición 5'. La fórmula molecular es C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃ y su peso molecular ronda los 507 g/mol.

Etimológicamente, el compuesto combina elementos griegos y latinos. «Adenina» procede del griego ἀδήν (adḗn, «glándula»), porque Albrecht Kossel aisló esta base nitrogenada en 1885 a partir de tejido pancreático bovino. «Ribosa» identifica la aldopentosa del esqueleto; «fosfato» remite al latín phosphŏrus, tomado del griego φωσφόρος (phōsphóros, «portador de luz»), nombre que recibió el fósforo por la luminiscencia del fósforo blanco observada en el siglo XVII.

En 1929, dos equipos independientes identificaron por primera vez el ATP en extractos musculares: Cyrus Fiske y Yellapragada Subbarao, en la Harvard Medical School, y Karl Lohmann, en los Kaiser Wilhelm Institutes de Berlín. Durante los diez años siguientes se sospechó que la molécula participaba en la transferencia de energía, pero faltaba un marco conceptual sólido. Fue Fritz Albert Lipmann quien, en 1941, publicó un artículo que proponía al ATP como el vehículo central de la energía química en la célula, una idea que le valdría el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1953 (compartido con Hans Adolf Krebs).

Estructura del nucleótido y mecanismo de la hidrólisis

Los tres grupos fosfato del ATP se designan con las letras griegas alfa (α), beta (β) y gamma (γ), contando desde la ribosa hacia el extremo libre. Los enlaces que unen el fosfato β con el γ y el α con el β son de tipo fosfoanhídrido, es decir, se forman por condensación entre dos ácidos fosfóricos. Estos enlaces contienen una cantidad apreciable de energía libre: la hidrólisis del enlace β-γ libera aproximadamente 30,5 kJ/mol en condiciones estándar, y esa cifra aumenta en el entorno celular real hasta cerca de 50 a 54 kJ/mol.

¿Por qué contienen tanta energía? La carga negativa de los tres fosfatos genera una repulsión electrostática considerable. Al romperse el enlace β-γ, los productos resultantes (el ADP y el fosfato inorgánico libre) adquieren mayor estabilidad por resonancia y por la reducción de esa repulsión. La célula aprovecha la diferencia de energía libre entre reactivo y productos para impulsar reacciones que, por sí solas, no serían termodinámicamente favorables.

El proceso es reversible. Cuando la célula dispone de energía procedente de la oxidación de nutrientes, una molécula de ADP y un fosfato inorgánico se vuelven a combinar para regenerar ATP. Esta interconversión continua entre ATP y ADP constituye lo que los bioquímicos denominan el «ciclo del ATP».

Glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa

Las células eucariotas sintetizan ATP por tres vías principales. La primera, la glucólisis, tiene lugar en el citoplasma y no requiere oxígeno: convierte una molécula de glucosa en dos de piruvato con un rendimiento neto de dos moléculas de ATP generadas por fosforilación a nivel de sustrato.

Si hay oxígeno disponible, el piruvato entra en la mitocondria, se transforma en acetil-CoA y alimenta el ciclo de Krebs. Este ciclo no fabrica ATP de manera directa en cantidad apreciable (genera un equivalente de GTP por vuelta, convertible en ATP), pero produce los transportadores electrónicos reducidos NADH y FADH₂ que serán la materia prima de la tercera vía.

Esa tercera vía es la fosforilación oxidativa, acoplada a la cadena respiratoria de la membrana mitocondrial interna. Los electrones del NADH y del FADH₂ recorren los complejos I a IV, y la energía que liberan impulsa el bombeo de protones al espacio intermembranoso. El gradiente electroquímico resultante acciona la ATP sintasa (complejo V), un motor molecular rotatorio que cataliza la unión de ADP y fosfato. El rendimiento teórico de la oxidación completa de una molécula de glucosa se sitúa en torno a 30 moléculas de ATP (la cifra clásica de 36 a 38 se ha revisado a la baja en las últimas décadas a medida que se han cuantificado mejor las «fugas» de protones).

Existe además una reserva de emergencia. En el músculo esquelético, la fosfocreatina cede su grupo fosfato al ADP para regenerar ATP de forma casi instantánea durante los primeros segundos de un esfuerzo intenso, antes de que las vías oxidativas se pongan en marcha a pleno rendimiento.

Diferenciación con otros nucleótidos de adenosina

El ATP comparte esqueleto con varios nucleótidos de la misma familia, pero cada uno ocupa un papel bioquímico distinto. El adenosindifosfato (ADP) es el producto inmediato de la hidrólisis del ATP y el sustrato de su regeneración; funciona también como agonista de receptores plaquetarios, un contexto en el que su papel se aleja por completo de la bioenergética.

Con un solo fosfato, el adenosinmonofosfato (AMP) conserva un solo fosfato. Su concentración relativa frente al ATP activa la quinasa AMPK, sensor del estado energético celular. Por su parte, el AMP cíclico (AMPc) no pertenece a la cadena de desfosforilación del ATP: se sintetiza a partir del ATP por acción de la adenilato ciclasa y ejerce funciones de segundo mensajero intracelular en cascadas hormonales.

Conviene no confundir el ATP con el GTP (guanosín trifosfato). La diferencia está en la base nitrogenada: adenina en el primero, guanina en el segundo. El GTP participa preferentemente en la señalización por proteínas G y en la síntesis de proteínas en el ribosoma, mientras que el ATP sigue siendo el principal dador de energía libre para la inmensa mayoría de las reacciones del metabolismo celular.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la sigla ATP?

De la denominación inglesa adenosine triphosphate. En español el compuesto se llama adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina, pero la sigla ATP, adoptada del inglés, es la que se ha impuesto en la literatura médica y científica de todos los idiomas.

¿Es lo mismo ATP que adenosina?

No. La adenosina es el nucleósido formado solo por adenina y ribosa, sin grupos fosfato. El ATP es esa misma adenosina con tres fosfatos unidos en posición 5'. Cuando el ATP pierde todos sus fosfatos, lo que queda es precisamente adenosina libre, una molécula que en el espacio extracelular actúa sobre receptores purinérgicos con funciones vasodilatadoras y reguladoras del ritmo cardíaco, entre otras.

¿Cuánto ATP consume el cuerpo humano en un día?

Las estimaciones oscilan, pero la cifra más aceptada se sitúa entre 40 y 70 kg diarios en un adulto en reposo relativo. El organismo no almacena grandes cantidades de ATP: la reserva instantánea total ronda los 50 a 100 gramos, y se renueva por completo cada uno o dos minutos. Durante el ejercicio intenso la tasa de reciclaje se multiplica varias veces.

¿Se puede medir el ATP en un análisis de sangre convencional?

Estrictamente, no. El ATP se degrada en segundos fuera de la célula, de modo que los análisis de sangre habituales no incluyen su determinación. Existen técnicas de investigación, como la bioluminiscencia con luciferasa o la espectroscopía de resonancia magnética con fósforo-31, que permiten cuantificarlo en tejidos o cultivos celulares, pero su uso es experimental y no forma parte de la práctica clínica rutinaria.

Referencias

1. Dunn J, Grider MH. Physiology, Adenosine Triphosphate. StatPearls, National Library of Medicine.
2. Encyclopaedia Britannica. Adenosine triphosphate (ATP).
3. National Cancer Institute. Diccionario de cáncer: trifosfato de adenosina.
4. PubChem, National Library of Medicine. Adenosine 5'-triphosphate, CID 5957.