O trifosfato de adenosina (ATP) é uma molécula transportadora de energia encontrada nas células de todos os seres vivos. O ATP capta a energia química obtida a partir da quebra das moléculas dos alimentos e libera-a para alimentar outros processos celulares.
As células requerem energia química para três tipos gerais de tarefas: dirigir reações metabólicas que não ocorreriam automaticamente; transportar as substâncias necessárias através das membranas; e fazer trabalho mecânico, como mover músculos. O ATP não é uma molécula de armazenamento para energia química; esse é o trabalho dos carboidratos, como o glicogênio e as gorduras. Quando a energia é necessária pela célula, ela é convertida de moléculas de armazenamento em ATP. A ATP serve como um ônibus espacial, entregando energia a lugares dentro da célula onde as atividades de consumo de energia estão ocorrendo.
O ATP é um nucleotídeo que consiste em três estruturas principais: a base nitrogenada, a adenina; o açúcar, ribose; e uma cadeia de três grupos fosfato ligados à ribose. A cauda de fosfato do ATP é a fonte de energia real que a célula toca. A energia disponível está contida nas ligações entre os fosfatos e é liberada quando eles são quebrados, o que ocorre através da adição de uma molécula de água (um processo chamado hidrólise). Geralmente apenas o fosfato externo é removido do ATP para produzir energia; quando isso ocorre, o ATP é convertido em adenosina difosfato (ADP), a forma do nucleotídeo tendo apenas dois fosfatos.
O ATP é capaz de potencializar processos celulares transferindo um grupo fosfato para outra molécula (um processo chamado fosforilação). Essa transferência é realizada por enzimas especiais que acoplam a liberação de energia do ATP às atividades celulares que requerem energia.
Embora as células continuamente decomponham o ATP para obter energia, o ATP também é constantemente sintetizado a partir do ADP e do fosfato através dos processos de respiração celular. A maior parte do ATP nas células é produzida pela enzima ATP sintase, que converte o ADP e o fosfato em ATP. A ATP sintase está localizada na membrana das estruturas celulares chamadas mitocôndrias; nas células vegetais, a enzima também é encontrada nos cloroplastos. O papel central do ATP no metabolismo energético foi descoberto por Fritz Albert Lipmann e Herman Kalckar em 1941.
Produção ATP
O ATP é gerado a partir de ADP e íons de fosfato por um conjunto complexo de processos que ocorrem na célula. Esses processos dependem das atividades de um grupo especial de coenzimas. Três importantes coenzimas são nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD), nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD).
NAD e NADP são estruturalmente semelhantes ao ATP. Ambas as moléculas têm um anel contendo nitrogênio chamado ácido nicotínico, que é a parte quimicamente ativa das coenzimas. No FAD, a porção quimicamente ativa é o grupo flavina. A vitamina riboflavina é usada no corpo para produzir este grupo flavina.
Todas as coenzimas executam essencialmente o mesmo trabalho. Durante as reações químicas do metabolismo, as coenzimas aceitam elétrons e as transmitem a outras coenzimas ou outras moléculas. A remoção de elétrons ou prótons de uma coenzima é a oxidação. A adição de elétrons a uma molécula é redução. Portanto, as reações químicas realizadas por coenzimas são chamadas de reações de oxidação-redução.
As reações de oxidação-redução realizadas pelas coenzimas e outras moléculas são essenciais para o metabolismo energético da célula. Outras moléculas que participam dessa reação energética são chamadas de citocromos. Juntamente com as coenzimas, os citocromos aceitam e liberam elétrons em um sistema chamado sistema de transporte de elétrons. A passagem de elétrons ricos em energia entre citocromos e coenzimas drena a energia dos elétrons para formar ATP a partir de ADP e íons de fosfato.
A formação atual de moléculas de ATP requer um processo complexo chamado quimiosmose. A quimiosmose envolve a criação de um gradiente acentuado de prótons (íons de hidrogênio). Este gradiente ocorre entre os compartimentos das mitocôndrias ligados à membrana de todas as células e os cloroplastos das células vegetais. Um gradiente é formado quando um grande número de prótons (íons de hidrogênio) é bombeado para dentro dos compartimentos ligados à membrana da mitocôndria. Os prótons se acumulam dramaticamente dentro do compartimento, atingindo finalmente um número enorme. A energia liberada dos elétrons durante o sistema de transporte de elétrons bombeia os prótons.
Depois que um grande número de prótons se acumulam nos compartimentos das mitocôndrias e dos cloroplastos, eles repentinamente invertem suas direções e escapam pelas membranas e saem dos compartimentos. Os prótons que escapam liberam sua energia nesse movimento. Esta energia é usada por enzimas para unir ADP com íons de fosfato para formar ATP. A energia fica presa na ligação de alta energia do ATP por esse processo, e as moléculas de ATP são disponibilizadas para realizar o trabalho celular. O movimento dos prótons é a quimiosmose, porque é um movimento de substâncias químicas (neste caso, prótons) através de uma membrana semipermeável. Como a quimiosmose ocorre nas mitocôndrias e cloroplastos, essas organelas desempenham um papel essencial no metabolismo energético da célula.
Outras informações sobre o Trifosfato de adenosina (ATP)
A substância química que serve como moeda de energia em uma célula é o trifosfato de adenosina (ATP). ATP é referido como moeda porque pode ser “gasto” para fazer reações químicas ocorrerem. Quanto mais energia for necessária para uma reação química, mais moléculas de ATP devem ser gastas.
Praticamente todas as formas de vida usam o ATP, uma molécula quase universal de transferência de energia. A energia liberada durante reações catabólicas é armazenada em moléculas de ATP. Além disso, a energia retida nas reações anabólicas (como a fotossíntese) fica presa nas moléculas de ATP.
Uma molécula de ATP consiste em três partes. Uma parte é um anel duplo de átomos de carbono e nitrogênio chamado adenina. Anexado à molécula de adenina está um pequeno carboidrato de cinco carbonos chamado ribose. Ligados à molécula de ribose estão três unidades de fosfato ligadas entre si por ligações covalentes.
As ligações covalentes que unem as unidades de fosfato no ATP são ligações de alta energia. Quando uma molécula de ATP é decomposta por uma enzima, a terceira unidade de fosfato (terminal) é liberada como um grupo fosfato, que é um íon. Quando isso acontece, aproximadamente 7,3 quilocalorias de energia são liberadas. (Uma quilocaloria equivale a 1.000 calorias.) Essa energia é disponibilizada para o trabalho da célula.
A enzima adenosina trifosfatase realiza a quebra de uma molécula de ATP. Os produtos da decomposição do ATP são o difosfato de adenosina (ADP) e um íon fosfato. O difosfato de adenosina e o íon fosfato podem ser reconstituídos para formar ATP, da mesma forma que uma bateria pode ser recarregada. Para conseguir isso, a energia de síntese deve estar disponível. Essa energia pode ser disponibilizada na célula através de dois processos extremamente importantes: a fotossíntese e a respiração celular.