Bioquímica Básica
8.1 Funções do ATP
Figura 8.2 Os processos biológicos utilizam a energia do ATP, sintetizado por oxidação de nutrientes.
8.1 Funções do ATP
8.1.1 Função termodinâmica do ATP
O ATP é referido como a moeda energética universal dos seres vivos. A forma com que o ATP cumpre seu papel de fornecedor de energia não consiste na retirada de seu grupo fosfato terminal por simples hidrólise
(Capítulo 4).
A reação de hidrólise tem um valor de ΔGo’ negativo, mostrando ser termodinamicamente viável, em condições padrão (concentração de todos os componentes iguais a 1 M).
Entretanto, as concentrações usualmente encontradas nas células são muito distantes das condições padrão. Adicionalmente, a velocidade desta reação, não catalisada, é convenientemente baixa. Existem enzimas que catalisam a hidrólise de ATP, mas não indiscriminadamente: são as ATPases, que têm sua atividade rigorosamente controlada. Se assim não fosse, a ação destas enzimas tornaria qualquer célula inviável, já que este composto imprescindível, uma vez produzido, seria prontamente hidrolisado. Além disso, e mais importante, a hidrólise de ATP libera apenas calor, uma forma de energia que não pode ser aproveitada pelas células.
O mecanismo de utilização da energia do ATP comumente envolve a transferência do grupo fosfato terminal para moléculas aceptoras (X):
Esta transferência possibilita efetuar transformações importantes nas células, como a síntese de compostos fosforilados que não podem ser produzidos por reação com fosfato inorgânico. Seguem-se alguns exemplos para entender como a energia do ATP é aproveitada.
O metabolismo de glicose, em todas as células, inicia-se com a transformação deste açúcar em glicose 6-fosfato. A glicose 6-fosfato poderia ser obtida partir de glicose e fosfato:
Mas, o valor positivo do ΔGo’ desta reação informa sobre sua inviabilidade. O recurso biológico para contornar a dificuldade termodinâmica deste caminho é empregar outra reação, da qual participa o ATP, e que é termodinamicamente viável:
Costuma-se dizer, com pouco rigor, que o ATP “doa” energia para tornar possíveis reações energeticamente inviáveis. Ora, se a reação é energeticamente inviável ela não ocorre. Não há forma de o ATP “doar” energia para a reação ocorrer, por duas razões: (1) a hidrólise do ATP libera energia como calor, que não pode ser aproveitado e, (2) se o ATP participar, a reação será outra, com valor próprio de ΔGo’. Como mostra o exemplo anterior, o ATP não “doa” energia, ele apenas participa de uma reação exequível.
Outro exemplo são as sínteses. Suponha-se a reação de condensação de A e B, com valor de ΔGo’ desfavorável para a síntese:
Este problema é contornado pela participação do ATP. Um caminho possível é a transferência do grupo fosfato terminal do ATP para o composto A, reação esta termodinamicamente viável:
O composto A fosforilado pode reagir com B, em uma reação também termodinamicamente favorável, liberando fosfato e produzindo o composto de condensação:
O resultado da soma das reações (2) e (3) é:
Uma comparação apressada entre as reações (1) e (4) poderia levar à seguinte conclusão incorreta: a condensação de A e B tornou-se possível porque a conversão de ATP em ADP e fosfato “doou” energia para o processo. Como já foi enfatizado, tal conversão liberaria energia apenas como calor. O que de fato ocorreu foram as reações intermediárias (2) e (3) que resultaram no produto desejado.
Muitos processos celulares estão incluídos neste modelo. A hidrólise de proteínas, liberando seus aminoácidos, por exemplo, é termodinamicamente viável e processa-se rotineiramente no trato digestório, catalisada por enzimas específicas. Do ponto de vista termodinâmico, a explicação é simples: o conteúdo energético dos reagentes (proteína 1 água) é maior do que o conteúdo energético do conjunto de aminoácidos produzidos. Ou seja, o estado inicial tem um conteúdo energético maior do que o do estado final e o ΔGo' da transformação é negativo.
Naturalmente, a síntese de proteínas não ocorre no sentido oposto ao da
reação apresentada (Seção 2.3). O processo é muito mais complexo e requer a participação de ribossomos, ácidos ribonucleicos, proteínas, enzimas e do ATP, que torna a síntese termodinamicamente possível: