ATP, la moneda circulante de la vida

Por tomás unger

La semana pasada hicimos un breve resumen de los elementos químicos que necesitan todos los organismos vivos. Hasta donde sabemos, todo lo que habita la Tierra se reproduce y tiene un código genético (ADN). Aun un virus, que no llega a ser una célula porque no tiene órganos, tiene ADN: un código genético envuelto en una membrana con proteínas que le permite entrar en una célula y montarse en el ADN de esta para reproducirse.

?La energía?

Todos los organismos consumen energía para seguir con vida. Esta viene del Sol, de la mano de las plantas y a través de la fotosíntesis. En los demás organismos se da por medio de la combustión de los carbohidratos producidos por la fotosíntesis. En todos estos procesos interviene un compuesto presente en cada uno de los organismos vivos: el ATP.

ATP son las iniciales en inglés del trifosfato de adenosina. Este es el compuesto que hace contraer a los músculos, oxigenar las células, sintetizar ADN y RNA, enviar las señales entre las células y sintetizar proteínas. En otras palabras, está involucrado en todos los procesos de la vida, por lo que ha sido bautizado su moneda circulante.

?La historia?

El trifosfato de adenosina fue descubierto por primera vez en un músculo humano en 1929 en Alemania, por Karl Lohmann, y a su vez por Cyrus H. Fiske y Yellapragada Subbarao en EE.UU. Recién en 1941, el biólogo Fritz Lipmann, en EE.UU., identificó el papel que desempeña en la transferencia de energía, lo que le valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina.

El descubrimiento de la estructura del ADN por Watson y Crick en 1953 colocó al ATP como un precursor del código genético. Hay que recordar que el ADN está compuesto por cuatro bases nitrogenadas: la citosina ©, la guanina (G), la adenina (A) y la timina (T).

A medida que ha evolucionado la bioquímica se fueron identificando las reacciones en las que participa el ATP. En 1937, el biólogo húngaro Albert Szent-Györgyi recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por el descubrimiento de lo que sería el ciclo de Krebs, identificado luego por Hans Adolf Krebs y William Johnson en la Universidad de Sheffield en el Reino Unido.

?ADP y AMP?

Como toda moneda, el ATP se gasta, y se tiene que reponer. Cuando hace un trabajo, como contraer un músculo, pierde un fósforo y se convierte en difosfato de adenosina (ADP). Haciendo más trabajo pierde dos fósforos, convirtiéndose en monofosfato de adenosina (AMP). Todos los músculos del cuerpo se contraen con ATP.

El corazón late, el pulmón respira y los ojos enfocan por contracción de músculos. Todas esas funciones consumen ATP. Otras acciones, como el habla, la escritura y el ejercicio físico, son actividades que en un momento dado pueden exigir más ATP. En todo caso, esta ?moneda? debe renovarse, restituyendo el ADP y el AMP con uno o dos fosfatos.

El cuerpo humano renueva el equivalente de su propio peso en ATP cada 24 horas. Es un proceso continuo que se lleva a cabo con una serie de reacciones químicas. Una de estas es el ciclo de Krebs (la pesadilla de los alumnos de biología).

?C10H16N5O13P3?

Arriba está la fórmula del ATP. Esta nos dice que hay 47 átomos, de los cuales 3 son de fósforo (P3) y 5 de nitrógeno (N5). Los demás son carbono, hidrógeno y oxígeno. Entre todos forman una compleja molécula en la cual a un lado están los tres fosfatos (PO) que forman una cadena y al otro el nitrógeno y el carbono.

El reemplazo de uno o dos fósforos requiere energía. Esta se produce combinando el carbono con el oxígeno. El fósforo cedido se recupera por varios procesos, el más complicado es el ciclo de Krebs o del ácido cítrico. Estos procesos nos dan una idea de la complejidad de los organismos más evolucionados.

?Evolución y tiempo?

Es difícil imaginar cómo la vida ha llegado al grado de complejidad, del cual el ATP es un ejemplo. Si pensamos en la bioquímica de un vertebrado de hoy, es increíble que haya comenzado con una célula sin núcleo hace más de 3.000 millones de años. El secreto está en esa cifra, que simplemente escapa los límites de nuestra imaginación.

Cuando la célula adquirió la mitocondria, formó el primer organismo multicelular. Ese organismo, con la energía solar, comenzó a construir carbohidratos y liberar oxígeno. Así, tras cientos de millones de años, adquirimos una atmósfera con oxígeno ?producido por las plantas? para quemar los carbohidratos, que también nos dan las plantas.

Es un proceso comparativamente simple, que se lleva a cabo con la energía del Sol. Resulta muy difícil imaginar que esto, algo aparentemente sencillo, se complicó hasta el punto que tratamos de ilustrar con el funcionamiento del ATP. Nuevamente, la clave es el tiempo.

Si repasamos lo que sabemos sobre la historia de la Tierra, veremos que los procesos de la evolución son aleatorios y están sujetos a las condiciones físicas. Cada cierto tiempo las condiciones cambian; y los complicados procesos bioquímicos desarrollados durante cientos de millones de años no tienen tiempo de evolucionar para adaptarse. Esto sucedió a fines del Pérmico, hace más de 200 millones de años. Ocasionó la desaparición de más del 90% de las especies.

Pero los procesos bioquímicos ya estaban desarrollados y los organismos sobrevivientes se encargaron de crear nuevas especies. Hace 65 millones de años, volvió a ocurrir un cambio brusco, que desencadenó una extinción masiva, y como siempre, la mayor desaparición ocurrió en las especies más desarrolladas, en este caso, los dinosaurios.

Ahora estamos en pleno Antropoceno (?antropos?, que significa ?hombre?), introduciendo cambios sustanciales en el medio ambiente. Eso está motivando una nueva extinción, la más rápida registrada hasta la fecha. Si esta mantiene el ritmo, en pocos miles de años la flora y fauna del mundo habrá cambiado en un 90%. No obstante, los organismos que sobrevivirán seguirán usando ATP como moneda de cambio.