Los Compuetos de Fosfato de Alta y Baja Energía

La energía es una cuestión central en la vida y para vivir, los organismos vivos han encontrado varias maneras para interconvertir las diversas formas de energía disponibles en el ambiente. Los compuestos de fosfato son la materia biológica común de intercambio de energía y el ATP (adenosin trifosfato) el portador de energía más importante de la célula. Las ATP-asas son las encargadas de convertir la energía de la hidrólisis del ATP en trabajo, por medio de las enzimas. Pero no toda la energía se convierte a esto, sino que de la energía total parte de ella se disipa en forma de calor. En el pasado se consideraba primero que la energía obtenida en la hidrólisis de los compuestos fosfatados se obtenía  en el momento exacto de la hidrólisis del enlace de fosfato y segundo que la cantidad de energía liberada y la fracción de ella que se convierte en calor es siempre la misma sin importar si el compuesto se encuentra en solución o en la superficie de la enzima. Pero estos dos conceptos ya no son válidos actualmente.

Ahora sabemos que la energía de hidrólisis de los comp. fosfatados varia considerablemente dependiendo de si se encuentra en solución o en la superficie de la enzima. En los años 20s Fiske y Subbarow buscaban cuantificar el Pi (fosfato inorgánico) en tejidos animales y purificaron el ATP y fosfato de creatina sin conocer su importancia fisiológica. Tomaron varios años descubrir que portaban energía y que su ruptura proporciona energía para funciones como la contracción muscular. Fue  hasta 1941 Lipman presentó los conceptos de compuestos fosfatados “ricos” y “pobres” en energía. Lipman propuso que la energía proveniente de la hidrólisis de un comp. de fosfato depende de la naturaleza química del enlace que liga al fosfato con el resto de la célula. Dijo que los comp. de fosfato ricos en energía son los que presentan una Keq elevada para la hidrólisis en agua, e inversamente para los comp. de fosfato pobres con una Keq baja.  Y se pensaba que la trans. De grupos fostatos de un grupo a otro sólo dependía de la energía de hidrólisi de los enlaces. Pero la reacción reversa de regenerar una molécula de ATP hidrolizado en la céula es invertir invertir comp. de fosfato de igual o mayor energía que el ATP.

Antes de los 70s se creía que la energía de hidrólisis de los comp de fosfato sería la misma si estos se encontraran en una solución o en la superficie de la enzima. Pero George demostró que no pues al estar en solución, específicamente en contacto con agua estos interaccionan con ella, neutralizando la repulsión electrostática  y reforzando los puntos débiles  del enlace P-O-P generados por resonancia opuesta. George determino que la Keq para la hidrólisis de un comp. de fosfato se debe determinar por las diferencias de energía de solvatación de los reactivos y los productos. La cuál será mayor en medida que la Keq de los productos sea mayor.  Mientras más solvatada, más estable y por lo tanto menos reactiva. Y una pequeña fluctuación en la organización del solvente alrededor de las mol. sirve para explicar la energía de hidrólisis del comp. fosfatado cuantificado.

Hasta que en 1978 esta teoría fe revisada por Hayes  y colaboradores quienes calcularon la energía de hidrólisis en varios compuestos en fase gaseosa y en solución acuosa (solvatados). Y resultó que los comp. fosfatados de alta energía en solución acuosa no lo son en fase gaseosa, sino que en pesta son de baja energía. Esto fue sólo cierto para las moléculas de alta energía en sol. Acuosa, pues las de baja energía tanto en fase gaseosa como solución acuosa no presentan cambios en los valores calculados. Los resultados obtenidos fueron de suma importancia fisiológica, pues facilitaron la comprensión de la transducción de energía en procesos fisiológicos. Durante las últimas 4 décadas se demostró que la energía para realizar el trabajo no está disponible para la enzima en el momento de la ruptura del comp. de fosfato, sino antes. Pues se demostró que la secuencia es que la enzima se una al ATP, después de esto se realiza trabajo, sin que el compuesto sea hidrolizado. Lo cual disminuye la energía del comp. de fosfato y finalmente el fosfato se rompe y los productos se disocian de la enzima.  

En las reacciones que implican la transducción de energía, solamente una parte de la energía liberada durante la hidrólisis de ATP se convierte en trabajo y la otra parte se convierte en calor liberado para mantener la temperatura del cuerpo constante y alta. Se encontró recientemente que algunas enzimas pueden manejar la energía derivada de la hidrólisis de ATP de tal manera que determinan cuanta energía se utiliza para el trabajo y cuanta se disipa como calor. La cantidad de energía es la misma pero la fracción en que se divide es la que difiere, esto fue demostrado  para la Ca^2+-ATP-asa del retículo sarcoplasmático. Esto es de suma importancia  debido a sus implicaciones con la salud y enfermedad, pues las alteraciones de la termogénesis se observan en desordenes tales como la disminución del peso corporal y disfunción endócrina.

Flores Herrera, O. (2004). Los compuestos de fosfato de alta y baja energía. Mensaje Bioquímico, col. XXVIII. Dpto. de Bioquímica. Fac. de Medicina. UNAM. cd. de México