ATP: energia rilasciata nell’idrolisi

L’ATP è un composto ad alta energia che consente, tramite lo “stratagemma” delle reazioni accoppiate, a molte reazioni termodinamicamente sfavorite, di poter avvenire. L’adenosina trifosfato  è la fonte di energia per l’utilizzo e lo stoccaggio a livello cellulare.

Oltre a fornire energia, la scomposizione dell’ATP attraverso l’idrolisi serve un’ampia gamma di funzioni nella cellula, tra cui la segnalazione e la sintesi di DNA/RNA. La sintesi dell’ATP utilizza l’energia ottenuta da molteplici meccanismi catabolici, tra cui la respirazione cellulare, la beta-ossidazione e la chetosi.

L’idrolisi dell’ATP, catalizzata dall’enzima ATPasi, è una reazione che avviene con rilascio di energia che può essere quantificato: la variazione di energia libera di Gibbs in condizioni standard relativa all’equilibrio:

ATP + H2O ⇌ ADP + Pi
vale – 30.5 kJ/mol.

Variazione di energia libera

Nel calcolo della variazione di energia libera in condizioni standard si assume che le concentrazioni delle specie siano pari a 1 M. Tuttavia le concentrazioni biologiche delle specie sono dell’ordine 1 mM pertanto per ottenere la variazione di energia libera in tali condizioni si deve applicare l’equazione generale:

ΔG = ΔG° + RT ln Q
Dove, nella fattispecie Q = [ADP][Pi]/[ATP].

Le concentrazioni di tali specie variano a seconda della temperatura, del pH e del tipo di cellula e pertanto, a titolo di esempio, verranno considerate le concentrazioni di tali specie alla temperatura di 25°C a pH = 7 negli eritrociti.

In tali condizioni si ha: [ADP] = 2.50 ∙ 10-4 M; [Pi] = 1.65 ∙ 10-3 M; [ATP] = 2.25 ∙ 10-3 M.
Tenendo conto che R = 8.315 J/mol∙K e che T = 298 K si ha:

ΔG = – 30500 J/mol + (8.315 J/mol∙K)(298 K)  ln (2.50 ∙ 10-4 )(1.65 ∙ 10-3) /2.25 ∙ 10-3 = – 5.18 ∙ 103 J/mol= – 51.8 kJ/mol

Tale valore è molto maggiore, in valore assoluto, rispetto a quello calcolato in condizioni standard.

Anche senza disporre di dati di riferimento dettagliati ipotizzando una concentrazione uguale di tutte le specie con un ordine di grandezza della concentrazione di 1 mM si ottiene, con calcoli analoghi un valore di ΔG di – 47.6 kJ/mol

ATP e fosforilazione

La fosforilazione è un processo chimico di aggiunta di un gruppo fosfato a un composto organico. La fosforilazione è coinvolta in molti processi biologici nella regolazione delle funzioni proteiche, nella trasmissione del segnale nelle cellule, nella crescita cellulare, nella trasduzione del segnale, nello sviluppo cellulare, nella sintesi proteica e nella divisione cellulare.

ATP
ATP

A seconda del meccanismo di reazione la fosforilazione può essere di tipo ossidativo, al livello del substrato o può avvenire la fotofosforilazione. Nel primo caso si tratta di una via metabolica, che negli eucarioti avviene all’interno dei mitocondri, in cui le cellule utilizzano enzimi per ossidare i nutrienti, rilasciando così energia chimica per produrre adenosina trifosfato.

La fosforilazione a livello del substrato consiste nella formazione diretta di ATP o guanosintrifosfato (GPT) supportata dall’energia rilasciata da un altro legame ad alta energia che porta alla fosforilazione di ADP o GDP in ATP o GTP.

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...