Carga de energía

Medida de energía en las células

La carga energética de adenilato es un índice utilizado para medir el estado energético de las células biológicas .

El ATP o Mg-ATP es la principal molécula de almacenamiento y transferencia de energía en la célula: se utiliza para vías biosintéticas, mantenimiento de gradientes transmembrana, movimiento, división celular, etc. Más del 90% del ATP se produce por fosforilación de ADP por la ATP sintasa . ^[1] El ATP también puede producirse por reacciones de “ fosforilación a nivel de sustrato ” (fosforilación de ADP por (1,3)-bisfosfoglicerato, fosfoenolpiruvato, fosfocreatina), por la succinato-CoA ligasa y la fosfoenolpiruvato carboxilquinasa, y por la adenilato quinasa , una enzima que mantiene los tres nucleótidos de adenina en equilibrio ( ). ${\displaystyle {\ce {ATP + AMP <=> 2 ADP}}}$

La carga energética está relacionada con las concentraciones de ATP , ADP y AMP . Fue definida por primera vez por Atkinson y Walton, quienes descubrieron que era necesario tener en cuenta la concentración de los tres nucleótidos, en lugar de solo ATP y ADP, para explicar el estado energético en el metabolismo . Dado que la adenilato quinasa mantiene dos moléculas de ADP en equilibrio con una de ATP ( ), Atkinson definió la carga energética del adenilato como: ^[2] ${\displaystyle {\ce {2 ADP <=> ATP + AMP}}}$

${\displaystyle {\mbox{Energy charge}}={\frac {[{\mbox{ATP}}]+{\frac {1}{2}}[{\mbox{ADP}}]}{[{\mbox{ATP}}]+[{\mbox{ADP}}]+[{\mbox{AMP}}]}}}$

La carga energética de la mayoría de las células varía entre 0,7 y 0,95 ^[1] - las oscilaciones en este rango son bastante frecuentes. Daniel Atkinson demostró que cuando la carga energética aumenta de 0,6 a 1,0, se activan la citrato liasa y la fosforribosil pirofosfato sintetasa , dos enzimas que controlan las vías anabólicas (que demandan ATP), ^{[2] [3]} mientras que la fosfofructoquinasa y la piruvato deshidrogenasa , dos enzimas que controlan las vías anfibólicas (que suministran ATP así como importantes intermediarios biosintéticos) se inhiben ^[4]. Concluyó que el control de estas vías ha evolucionado para mantener la carga energética dentro de límites bastante estrechos - en otras palabras, que la carga energética, como el pH de una célula, debe estar amortiguada en todo momento. Ahora sabemos que la mayoría, si no todas, las vías anabólicas y catabólicas están controladas, directa e indirectamente, por la carga energética. ^{[5] [6] [7]} Además de la regulación directa de varias enzimas por los nucleótidos de adenilo, una proteína quinasa activada por AMP conocida como AMP-K fosforila y, por lo tanto, regula las enzimas clave cuando disminuye la carga energética. Esto da como resultado la desactivación de las vías anabólicas y la activación de las vías catabólicas cuando aumenta el AMP. ^{[8] [9]}

La vida depende de una carga energética adecuada. Si la síntesis de ATP es momentáneamente insuficiente para mantener una carga energética adecuada, el AMP puede convertirse por dos vías diferentes en hipoxantina y ribosa-5P, seguida de una oxidación irreversible de la hipoxantina a ácido úrico. Esto ayuda a amortiguar la carga energética del adenilato al disminuir la concentración total de {ATP+ADP+AMP}. ^[10]

Referencias

1. De la Fuente IM, Cortés JM, Valero E, Desroches M, Rodrigues S, Malaina I, Martínez L (2014). "Sobre la dinámica del sistema energético del adenilato: homeorresis vs homeostasis". PLOS ONE . ​​9 (10): e108676. Bibcode :2014PLoSO...9j8676D. doi : 10.1371/journal.pone.0108676 . PMC  4193753 . PMID  25303477.
2. Atkinson DE, Walton GM (julio de 1967). "Conservación del trifosfato de adenosina en la regulación metabólica. Enzima de escisión del citrato de hígado de rata". The Journal of Biological Chemistry . 242 (13): 3239–41. doi : 10.1016/S0021-9258(18)95956-9 . PMID  6027798.
3. Atkinson DE, Walton GM (febrero de 1965). "Cinética de enzimas reguladoras. Fosfofructoquinasa de Escherichia coli". Revista de química biológica . 240 : 757–63. doi : 10.1016/S0021-9258(17)45240-9 . PMID  14275132.
4. Shen LC, Fall L, Walton GM, Atkinson DE (noviembre de 1968). "Interacción entre la carga energética y la modulación de metabolitos en la regulación de enzimas de secuencias anfibólicas. Fosfofructoquinasa y piruvato deshidrogenasa". Bioquímica . 7 (11): 4041–5. doi :10.1021/bi00851a035. PMID  4301881.
5. Berg JM, Tymoczko JL, Gatto GJ, Stryer L (8 de abril de 2015). Bioquímica (Octava ed.). Nueva York. ISBN 978-1-4641-2610-9.OCLC 913469736  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
6. Nelson DL, Cox MM, Lehninger AL (enero de 2017). Principios de bioquímica de Lehninger (séptima edición). Nueva York, NY. ISBN 978-1-4641-2611-6.OCLC 986827885  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
7. Horton HR (2006). Principios de bioquímica (4.ª ed.). Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-145306-7.OCLC 58594968  .
8. Ke R, Xu Q, Li C, Luo L, Huang D (abril de 2018). "Mecanismos de AMPK en el mantenimiento del equilibrio de ATP durante el metabolismo energético". Cell Biology International . 42 (4): 384–392. doi : 10.1002/cbin.10915 . PMID  29205673.
9. Hardie DG (abril de 2015). "AMPK: regulación positiva y negativa, y su papel en la homeostasis energética de todo el cuerpo". Current Opinion in Cell Biology . 33 : 1–7. doi :10.1016/j.ceb.2014.09.004. PMID  25259783.
10. Chapman AG, Atkinson DE (diciembre de 1973). "Estabilización de la carga energética del adenilato mediante la reacción de la adenilato desaminasa". The Journal of Biological Chemistry . 248 (23): 8309–12. doi : 10.1016/S0021-9258(19)43229-8 . PMID  4752956.