ATP (Adenosina Trifosfato): cos’è, come si forma e perché è fondamentale per la cellula

Rappresentazione della molecola di ATP
Figura 1 – Rappresentazione della molecola di ATP. [Fonte: https://theory.labster.com/]

La molecola di ATP

L’Adenosina Trifosfato, o meglio conosciuta come ATP, una molecola presente in tutti gli organismi viventi, rappresenta la principale risorsa di energia nelle cellule.
Essa è costituita da una base azotata ossia l’adenina e da uno zucchero pentoso ovvero il ribosio, a cui sono legati tre gruppi fosfato.
L’energia accumulata da questa molecola deriva dalla degradazione di macromolecole quali carboidrati, lipidi e proteine. L’energia è resa disponibile mediante la rottura del legame del gruppo fosfato che viene trasferito su un’altra molecola. La resa energetica è di circa -30.5 KJ/mol.
In ogni cellula è presente circa 5mM di ATP ma il suo consumo giornaliero è elevato. Sono prodotte 38 molecole di ATP da una molecola di glucosio. La sua produzione avviene nei mitocondri.

Sintesi

Il metabolismo è un insieme di reazioni interconnesse che permettono la scissione di molecole complesse in molecole più semplici, o viceversa, a seconda dell’esigenza della cellula. Il metabolismo si divide in anabolismo e catabolismo. L’anabolismo comprende le reazioni di biosintesi e consente quindi di produrre molecole complesse, consumando ATP. Il catabolismo è il processo opposto, demolisce le macromolecole complesse in molecole più semplici, sintetizzando nuove molecole di ATP.
Il meccanismo d’eccellenza adoperato per la sintesi di ATP è la fosforilazione ossidativa.

La riduzione dell’ossigeno, operata dalla catena di trasporto degli elettroni, genera un gradiente elettrochimico nello spazio intermembrana del mitocondrio che viene sfruttato per la sintesi di ATP mediante il meccanismo della fosforilazione ossidativa.
La fosforilazione ossidativa è un processo che genera ATP tramite il trasferimento di elettroni dai coenzimi redox ridotti fino all’ossigeno, mediante una serie di trasportatori. Solitamente tale processo è conosciuto come catena respiratoria e gli elettroni attraversano i diversi stadi mediante dei complessi.

Catena di trasporto degli elettroni (catena respiratoria)

Esistono quattro tipi di complessi:
Complesso I: Trasferisce elettroni dal NADH al CoQ (ubichinone) attraverso una serie di centri ferro-zolfo e trasloca quattro protoni nello spazio intermembrana. Il CoQ è un lipide terpenoide liberamente mobile all’interno della membrana mitocondriale interna;
Complesso II: Esso è conosciuto anche come succinato deidrogenasi e trasferisce elettroni dal FADH2 (succinato) al CoQ, ma non agisce da pompa protonica;
Complesso III: Accetta gli elettroni dal CoQ ridotto (ubichinolo, CoQH2) e li cede, uno per volta, al citocromo C, traslocando nel complesso IV i protoni per ogni coppia di elettroni trasferiti. Il citocromo C è una proteina periferica di membrana coniugata a un gruppo eme in grado di legare reversibilmente un elettrone;
Complesso IV: Accetta gli elettroni dal citocromo C riducendo l’O2 a H2O e trasloca due protoni per ogni coppia di elettroni
trasferiti.

Sintesi di ATP

Durante il trasferimento di elettroni lungo la catena respiratoria, vi è l’ingresso di protoni attraverso la parete mitocondriale interna, portando alla formazione di un potenziale protonico e aumento del pH. L’energia elettrochimica che si è generata porta la formazione di una forza protonica motrice che viene usata dall’ATP sintasi per alimentare la sintesi di ATP. L’ATP sintasi è un complesso multiproteico intermembrana costituito da un componente F1 che catalizza la sintesi dell’ATP da ADP e Pi, e una componente F0 che contiene un canale che ruota al passaggio dei protoni inducendo modificazioni conformazionali alla subunità F1. Una volta che la molecola di ATP è sintetizzata, essa viene liberata e l’ATP sintasi è libera di iniziare un nuovo processo di sintesi.

La maggior parte della sintesi di ATP avviene grazie alla fosforilazione ossidativa. Vi è, però, una piccola frazione di molecole di ATP che si formano mediante alcune reazioni metaboliche che donano un gruppo fosfato ad una molecola di ADP. I composti che possono fare ciò sono pochi ed essi sono la fosfocreatina, 1,3-bifosfoglicerato e il fosfoenolpiruvato.
L‘idrolisi di ATP è il processo che comporta la rottura di uno dei legami dei gruppi fosfato liberando l’energia. Il prodotto di reazione è un’adenosina bifosfato (ADP) e un gruppo fosfato; l’idrolisi completa comporta infine la formazione di adenosina monofosfato (AMP) e due gruppi fosfato.

L’importanza dell’ATP

Quasi tutte le reazioni cellulari che avvengono in un organismo aerobio richiedono l’utilizzo di energia sottoforma di molecole di ATP.
L’adenosina trifosfato partecipa ad innumerevoli reazioni cellulari che richiedono l’utilizzo di energia. Infatti, troviamo l’ATP nei trasporti attivi tra le membrane plasmatiche, la contrazione muscolare, la sintesi di RNA, la divisione cellulare, ecc.
La quantità di ATP utilizzata da una cellula è limitata e può sostenere l’attività metabolica solo per qualche minuto. Per questo motivo la sintesi di ATP è costante e proporzionale a quanto essa è consumata.

Fonti

  • Enciclopedia Treccani;
  • Principi di biochimica, Lehninger (pagg 517-523);
  • Chimica e Biochimica, Stefani-Taddei, Zanichelli (pagg 184-192);

Crediti immagini

  • Immagine in evidenza: https://articoli.nonsolofitness.it/resources/big/fd6b02c82718fd33edba9a34e09939ff.jpg.webp
  • Figura 1: molecola di ATP; https://labster-image-manager.s3.amazonaws.com/0ba26ed6-3f5c-410e-a4d8-53f67bf1b587/ATP_structure.it_IT.x512.png
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Sharon Corvino

Sono Sharon Corvino, ho 24 anni e vivo a Napoli. Sono dottoressa triennale in Scienze Biologiche presso l'Università degli Studi di Napoli "Parthenope" e attualmente frequento la magistrale in Biologia Molecolare e Cellulare all'Università degli Studi di Napoli "Federico II". Sono particolarmente interessata al campo dell'astrobiologia e il mio obiettivo, oltre a diventare una ricercatrice nel settore, è di far conoscere questa disciplina ad un ampio pubblico dato che è ancora sconosciuta ai molti. Al di fuori dell'università, amo la lettura (prediligo fantasy, thirller e classici) e la fotografia. Per maggiori informazioni vi rimando ai miei social.

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