Enzimas chamadas kinases catalisam a transferência de grupos fosforilo para moléculas orgânicas. A fonte do grupo fosforilo na maioria das reacções de fosforilação é uma molécula chamada adenosina trifosfato, abreviadamente ATP.
Notificação de que existem essencialmente três partes da molécula: uma base de adenosina nucleósida, um açúcar de cinco carbonos (ribose), e um grupo de trifosfato. Os três fosfatos são designados pelas letras gregas a, b, e g. Difosfato de adenosina (ADP) e monofosfato de adenosina (AMP) são também actores importantes nas reacções deste capítulo.
Verá ATP, ADP, e AMP abreviados de muitas maneiras diferentes neste texto e em toda a literatura bioquímica. Por exemplo, as três estruturas abaixo são todas descrições abreviadas de ATP:
O exercício seguinte dar-lhe-á alguma prática no reconhecimento de diferentes abreviaturas para moléculas biológicas que contêm grupos de fosfatos.
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Exercicio 10.2: Abaixo estão várias representações, rotuladas A-S, de moléculas que contêm grupos fosfóricos. São utilizadas abreviaturas diferentes. Organizar A-S em grupos de desenhos que representem a mesma molécula, usando abreviaturas diferentes (ou nenhuma abreviatura).
Quando falamos da energia de uma molécula de ATP a ser ‘gasta’, o que queremos dizer é que um grupo fosfórico está a ser transferido de ATP para outra molécula aceitante, tornando a molécula aceitante mais reactiva. Por exemplo, em muitas reacções de transferência de fósforo (tais como a fosforilação da glucose, que utilizámos como exemplo na secção 10.1D) o fosfato gama (γ) de ATP é transferido para um aceitador orgânico, libertando ADP.
Em outras reacções, a base, a ribose, e o fosfato alfa são transferidos para a molécula orgânica para formar um aduto orgânico de ADP, enquanto o pirofosfato inorgânico (PPi) é libertado.
Occasionalmente, os grupos beta e gama-fosfato são transferidos em conjunto, com a libertação do AMP.
Em todas estas reacções, uma molécula orgânica relativamente estável está a ser transformada num produto fosforilado de maior energia. Este produto activado pode então continuar a reagir de formas que a sua contraparte mais estável e não fosforilada não poderia – os grupos fosforilados, como sabemos, são muito melhores deixando grupos em reacções de substituição nucleofílica do que o grupo hidroxil de álcoois. Embora a conversão de um composto inicial de menor energia num produto de maior energia seja, por si só, um processo termodinâmico de subida, a reacção global de transferência de fósforo é termodinamicamente descendente, porque a conversão de ATP em ADP ou AMP – a quebra de uma ligação de anidrido fosfórico – liberta uma grande quantidade de energia. Por outras palavras, a energia armazenada na ligação de anidrido fosfato de ATP foi “gasta” para criar uma molécula activada (de maior energia). Quando o AMP ou ADP é convertido novamente em ATP, a energia das moléculas de combustível (ou da luz solar) é necessária para re-formar a ligação de anidrido de alta energia (este processo é o tema de discussão mais à frente nesta secção)
A explicação para o facto de as ligações de anidridos fosfatados em ATP serem tão energéticas reside principalmente no conceito de separação de cargas. Recorde-se da secção 10.1 que o ATP, com o pH fisiológico de ~7, está quase completamente ionizado com uma carga total de cerca de -4. Quando uma das duas ligações de anidrido é quebrada, as cargas negativas sobre os grupos de fosfato são capazes de se separar, eliminando alguma da mesma repulsão de carga que existia em ATP. Uma forma de imaginar isto é como uma bobina de mola aberta.
Outra razão tem a ver com a energia da solvação pela água. Quando o fosfato gama do ATP é transferido para um álcool, por exemplo, as moléculas de água circundantes são capazes de formar mais interacções de ligação de hidrogénio com os produtos (ADP e o fosfato orgânico) do que era possível com o ATP e o álcool. Estas interacções adicionais de solvação estabilizam os produtos da reacção de fosforilação relativamente aos compostos iniciais.
Aprenderá mais sobre o papel termodinâmico do ATP nas vias metabólicas se tiver uma aula de bioquímica – o que é mais importante compreender neste momento é que, devido à energia armazenada nas suas ligações de anidrido fosfórico, o ATP é um poderoso doador do grupo fosfórico, e é utilizado como tal em muitas reacções bioquímicas importantes. Alguns exemplos são discutidos no resto desta secção.