1.10: ATP
ATP Estrutura e Função
No coração do ATP está o nucleotídeo adenosina monofosfato (AMP). Como os outros nucleotídeos, o AMP é composto por uma base nitrogenada (uma molécula de adenina) ligada a uma molécula de ribose e a um único grupo de fosfato. A adição de um segundo grupo de fosfato a esta molécula núcleo resulta na formação de difosfato de adenosina (ADP); a adição de um terceiro grupo de fosfato forma trifosfato de adenosina (ATP).
ATP (trifosfato de adenosina) tem três grupos de fosfato que podem ser removidos por hidrólise para formar ADP (difosfato de adenosina) ou AMP (adenosina monofosfato). Se não houver fosfatos, a molécula é referida como um “nucleósido”, em vez de um “nucleotídeo”.
A fosforilação ou condensação dos grupos fosfatos na AMP é um processo endergônico. Em contraste, a hidrólise (divisão por água) de um ou dois grupos de fosfato de ATP, um processo chamado desfosforilação, é exergônica. Por quê? Recordemos que os termos endergônico e exergônico se referem ao sinal sobre a diferença de energia livre de uma reação entre os produtos e reagentes, ΔG. Neste caso, estamos atribuindo explicitamente a direção da reação, seja na direção da fosforilação ou da desfosforilação do nucleotídeo. Nesta reação de fosforilação, os reagentes são o nucleotídeo e um fosfato inorgânico, enquanto os produtos são um nucleotídeo fosforilado e água. Na reacção de desfosforilação/hidrólise, os reagentes são o nucleótido fosforilado e a água, enquanto os produtos são o fosfato inorgânico e o nucleótido menos um fosfato.
A energia livre de Gibbs é uma “função de estado”, não importa como a reacção acontece, basta considerar os estados inicial e final. Os reagentes ATP e água são caracterizados pela sua composição atómica e os tipos de ligações entre os átomos constituintes e alguma energia livre podem ser associados a cada uma das ligações e as suas possíveis configurações – tal como para os produtos. A hidrólise do ATP envolve a quebra das ligações e sua reconstituição em um novo arranjo. Se examinarmos a reacção do ponto de vista dos produtos e reagentes e perguntarmos “como podemos recombinar átomos e ligações nos reagentes para obter os produtos?”, descobrimos que uma ligação de fosfanidrido entre um oxigênio e um fósforo deve ser quebrada no ATP, uma ligação entre um oxigênio e hidrogênio quebrado na água, uma ligação é formada entre o OH (que veio da divisão da água) e o fósforo (do PO3-2 liberado), e uma ligação deve ser formada entre o H (derivado da divisão da água), e o oxigênio terminal sobre o nucleotídeo fosforado. A soma das mudanças nas energias associadas a todos esses rearranjos de ligação (incluindo as diretamente associadas à água) faz com que essa reação seja exergônica. Uma análise semelhante poderia ser feita com a reação inversa.
Exercício possível
Utilizar a figura de ATP acima e seu conhecimento do aspecto de uma molécula de água para desenhar uma figura das etapas de reação descritas acima: quebra da ligação fosfanidrido, quebra da água e formação de novas ligações para formar ADP e fosfato inorgânico. Rastreie os átomos em cores diferentes se isso ajudar.
Outro pensamento-
A descrição de rearranjos de ligação apresentada acima não explica porque a separação da adição de um terceiro grupo de fosfato ao ADP para fazer ATP é endergônica (sob condições padrão). Olhando para as estruturas antes e depois, você pode encontrar qualquer explicação para porque adicionar um fosfato exigiria trabalho (tem um positivo ∆G), mas quebrar um fosfato representa um negativo ∆G?