UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLA, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE ECAPMA Nombre del Curso: 334001-Sistema Metabólico Nutricional Tema: ATP Cofactor energético JAIRO ENRIQUE GRANADOS MORENO.,MSc (Director Nacional) 2014 1
El adenosín trifosfato ó trifosfato de adenosina (ATP),es considerada como una biomolécula energética, con alto potencial de transferencia de grupos fosfato y Cuyo papel fundamental es el de transportar la energía libre(δg), de las reacciones bioquímicas enzimáticas metabólicas(rbem). Dicha biomolécula tiene tres componentes básicos: Una base nitrogenada púrica denominada: Adenina, un monosacárido pentosa llamado ribosa y tres grupos fosfatos enlazados mediante enlaces químicos fosfoanhídridos de éster, los cuales almacenan y transportan la energía metabólica. La estructura de la molécula, se muestra a continuación (Lehninger., 2000) Figura 3. Estructura molecular del ATP (Lehninger.,2000) 2
Es así como el enlace del último radical fosfato contiene unas 7300 calorías por mol, lo que significa que cuando éste se rompe por hidrólisis, se deben liberar 7300 calorías por mol, es decir: ATP + H2O <======> ADP + Fosfato + 7300 calorías sta energía química del ATP la utiliza la célula en su trabajo biológico, transformándola en nergía mecánica, eléctrica, térmica y por último en calor a reacción anterior es reversible, lo cual indica, que para formar una molécula de ATP, debe resentarse la reacción entre el ADP (Adenosín difosfato) y una molécula de fosfato, con un uministro de 7300 calorías por mol, por lo tanto, este proceso consume energía. s importante el análisis cuantitativo de esta energía producida en un organismo animal, por so, su valoración se fundamenta principalmente en el calor desprendido o liberado por éste, en na bomba calorimétrica o calorímetro de respiración, con este aparato, se lleva cuenta del greso de alimentos, agua y oxígeno, de la excreción de sólidos, líquidos, gases y la producción e calor. sta medición se denomina calorimetría directa y sirve para efectuar un balance energético en a nutrición animal, es decir, el análisis de energía metabolizable, energía neta y energía utritiva total, esenciales en el estado nutricional del animal. a energía utilizada, es extraída gradualmente de los alimentos (carbohidratos, lípidos y roteínas) a través de tres etapas fundamentalmente oxidativas: Hidrólisis, ormación de Acetil CoA y ciclo de Krebbs con la fosforilación oxidativa, los roductos finales de estas etapas son el gas carbónico, agua y lo más importante: NERGÍA. La cual es almacenada en una molécula extraordinaria: El ATP 3
Flujo y tipos de energía en los animales. La fuente primaria de toda la energía utilizada por los animales, las plantas y todos los organismos vivos del planeta está en la energía liberada por el sol. Esta es captada por las plantas en el proceso de la fotosíntesis, con la formación de cadenas carbonadas (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, etc.) que conservan dicha energía y de donde posteriormente los animales la obtienen para suplir sus necesidades. Todas las complejas funciones del organismo animal son realizadas por medio de la energía. Así, el trabajo celular, la biosíntesis, el trabajo osmótico, el trabajo mecánico y demás funciones orgánicas, son posibles gracias a la energía, la cual toma de los productos ingeridos, que al ser oxidados en el organismo animal, liberan la energía contenida en ellos. En los animales superiores la temperatura se mantiene constante a 37 Celsius, esto hace que no se pueda utilizar el calor como fuente de energía para realizar el trabajo. Sin embargo, los animales realizan trabajo; la razón de ello es que la energía producida en las reacciones química a nivel celular es captada en forma de energía química y utilizada posteriormente para el trabajo celular. En este aspecto el ATP juega un importantísimo papel como transportador de toda la energía química requerida en todas las reacciones del metabolismo. Su formación, a partir del ADP y el fósforo inorgánico, está acoplada a la degradación de las moléculas que actúan como combustibles y que liberan la energía requerida para ello. Posteriormente el ATP libera su energía la cual es usada para todo el trabajo celular. Tal es el ciclo que se establece entre las plantas y los animales y el papel del ATP como intermediario en los intercambios de energía a nivel celular, tanto en las plantas como en los animales. El ciclo energético en su conjunto incluye los siguientes aspectos: 1. La fotofosforilación. Es decir, la captación de la energía de las radiaciones solares en los cloroplastos de las plantas verdes y su transformación en energía química en forma de 4 ATP. 2. La utilización de la energía química del ATP para la formación de sustancias orgánicas tales como glúcidos, lípidos, aminoácidos, etc., por los vegetales, donde a partir del CO 2,
Flujo y tipos de energía en los animales. La fuente primaria de toda la energía utilizada por los animales, las plantas y todos los organismos vivos del planeta está en la energía liberada por el sol. Esta es captada por las plantas en el proceso de la fotosíntesis, con la formación de cadenas carbonadas (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, etc.) que conservan dicha energía y de donde posteriormente los animales la obtienen para suplir sus necesidades. Todas las complejas funciones del organismo animal son realizadas por medio de la energía. Así, el trabajo celular, la biosíntesis, el trabajo osmótico, el trabajo mecánico y demás funciones orgánicas, son posibles gracias a la energía, la cual toma de los productos ingeridos, que al ser oxidados en el organismo animal, liberan la energía contenida en ellos. En los animales superiores la temperatura se mantiene constante a 37 Celsius, esto hace que no se pueda utilizar el calor como fuente de energía para realizar el trabajo. Sin embargo, los animales realizan trabajo; la razón de ello es que la energía producida en las reacciones química a nivel celular es captada en forma de energía química y utilizada posteriormente para el trabajo celular. En este aspecto el ATP juega un importantísimo papel como transportador de toda la energía química requerida en todas las reacciones del metabolismo. Su formación, a partir del ADP y el fósforo inorgánico, está acoplada a la degradación de las moléculas que actúan como combustibles y que liberan la energía requerida para ello. Posteriormente el ATP libera su energía la cual es usada para todo el trabajo celular. Tal es el ciclo que se establece entre las plantas y los animales y el papel del ATP como intermediario en los intercambios de energía a nivel celular, tanto en las plantas como en los animales. El ciclo energético en su conjunto incluye los siguientes aspectos: 1. La fotofosforilación. Es decir, la captación de la energía de las radiaciones solares en los cloroplastos de las plantas verdes y su transformación en energía química en forma de ATP. 5
2. La utilización de la energía química del ATP para la formación de sustancias orgánicas tales como glúcidos, lípidos, aminoácidos, etc., por los vegetales, donde a partir del CO 2, y del H 2 O, se forman las cadenas carbonadas que serán posteriormente utilizadas por los animales. 3. La respiración celular en las mitocondrias de las células de los animales, donde estos productos son oxidados a CO 2, y H 2 O liberando su energía que es utilizada para la síntesis del ATP (fosforilación oxidativa). 4. La utilización de la energía del ATP formado para realizar todo el trabajo celular, que incluye el trabajo químico o biosintético (síntesis de proteínas, glúcidos, lípidos, y otras biomacromoléculas ). Tipos de energía en los animales A partir de los aspectos antes analizados, sobre todo el flujo de energía en la naturaleza y el sistema representado por la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa, se comprende el papel de la energía dentro del metabolismo. Es importante señalar que toda la energía requerida por un sistema metabólico debe estar presente y por supuesto suministrada por el entorno. Es decir, los animales requieren del suministro constante de energía la cual obtienen de los productos alimenticios ingeridos y los vegetales del sol. La energía contenida en los alimentos ingeridos recibe el nombre de energía bruta (EB) y se obtiene por combustión completa del alimento en base a materia seca. La energía bruta de un alimento está dada por la relación que contenga de carbohidratos, proteínas, grasas y otros compuestos orgánicos. Un gramo de carbohidrato produce por combustión 4.10 kcal, un gramos de proteínas 5,65 kcal y un gramo de grasas 9,45 kcal. Como es lógico el incremento de proteínas y sobre todo de grasas en la composición del alimento aumenta el valor energético de los mismos. 6
Estos conceptos son muy aplicados en nutrición animal para establecer diferentes tipos de dietas. Si a la energía bruta (EB) le descontamos la energía perdida por las heces (EF) debido a los alimentos sin digerir, así como, a las secreciones del aparato digestivo, restos celulares, microbios entéricos, etcétera, se obtiene la energía digestible (ED). La energía digestible depende del coeficiente de digestibilidad de la ele la dieta lo cual se debe fundamentalmente a la composición química su solubilidad y posibilidades de hidrólisis, por las enzimas el aparato digestivo de cada especie animal. La energía digestible varía mucho en dependencia del alimento y es un concepto de mayor utilidad que el de energía bruta. Si de la energía digestible descontamos la energía urinaria, debido a productos absorbidos no oxidados y la energía perdida por los productos gaseosos de la digestión, sobre todo del metano en los rumiantes, obtenemos la energía metabolizable (EM). La energía metabolizable representa la suma de la energía de todos los productos asimilados una vez descontadas las pérdidas anteriores. Es un índice de gran valor pues a partir de ella, deducido la energía por el incremento del calor, se obtiene la energía neta (EN) del metabolismo. La energía neta responde a la energía usada directamente en las funciones celulares tanto la de mantenimiento (EN de mantenimiento) es decir la energía del metabolismo basal, actividad corporal, etc. Y la energía de producción (EN de producción) referida a la energía para crecimiento, trabajo, producción de leche, lana, reproducción, etc. Por supuesto todos estos conceptos tienen una utilidad práctica en los sistemas de alimentación sobre todo el concepto de energía digestible. A nivel metabólico como ya habíamos expresado se une el término de energía libre para ver la tendencia de las reacciones. Se refiere a la energía capaz de realizar trabajo biosintético, osmótico o 7
mecánico y representada por las Kcal captadas en los enlaces macroenergéticos del ATP a partir de la oxidación de un mol de glucosa, de ácido graso o de aminoácido. Es decir son conceptos diferentes pues cuando hablamos de energía bruta o energía metabolizable se refiere a energía de combustión. Por ejemplo: 1 gramo de glucosa produce 3,76 Kcal de EB 1 gramo de ácido palmítico produce 9.35 Kcal de EB Mientras la energía química obtenida en forma de enlaces macroenergéticos del ATP es: 1 gramo de glucosa: 1.48 Kcal 1 gramo de ácido palmítico 3,58 Kcal Es decir hay una captación de un 39% para la glucosa de la energía total de estos compuestos y de un 38% para el ácido palmítico. Estos conceptos son muy útiles a la hora de entender el flujo energético en la naturaleza pues permite comprender que en el paso de los compuestos por todos los procesos metabólicos, por ejemplo de la glucosa al CO 2 hay unas 21 reacciones, se va liberando energía en forma de calor e incrementando la entropía, en definitiva 8