¿Cómo proporciona la hidrólisis del ATP energía?

Bueno, funciona como funcionan todas las reacciones químicas. ¡Únete a mí en el agujero de la termodinámica!

Probablemente hayas visto este gráfico antes:

(Imagen de la Chemwiki de UC Davis)

¡Esta es una reacción favorecida por la dinámica! ¡Esto se debe a que la energía de los productos es más baja que la energía de los reactivos, por lo tanto, la energía se libera en el universo! Pero, ¿qué es esa línea punteada de chisporroteo que pides? ¿Por qué en el mundo sube y baja en lugar de tener una línea recta?

Bueno, me alegro de que hayas preguntado. Esa línea punteada básicamente describe la vía, o pasos intermedios, para pasar de los reactivos a los productos. Para entender por qué sube y baja, tenemos que entender de dónde viene esta energía.

Esta energía denota la ENERGÍA POTENCIAL, o energía potencial química si lo prefiere. Las moléculas, los complejos, etc., prefieren tener poca energía potencial porque les da estabilidad a la molécula, complejo o lo que sea. Cuando va de R a P en el gráfico anterior, va de una orientación general de átomos a otra orientación de átomos. La energía potencial aumentará o disminuirá. Si la energía potencial disminuye, esa energía se emitirá en el universo. Si la energía potencial aumenta, esa energía debe ser absorbida del universo.

La energía potencial, Y ESTO ES REALMENTE IMPORTANTE, proviene de la coordinación de los átomos. Cuando rompes enlaces, absorbes energía. Cuando formas enlaces, liberas energía. ESTO ES CLAVE LEA ESTO SI ALGO.

Ahora relacionemos lo que hemos aprendido con ATP. El ATP es una molécula llamada de alta energía. Esto significa que tiene una gran cantidad de energía potencial y es relativamente inestable (inestable ya que fácilmente abandona el grupo de fosfato, no como en él decae aleatoriamente). La razón por la cual es inestable es que, después de ceder el grupo fosfato a otra cosa, la orientación general de los átomos probablemente estará en un nivel de energía potencial más bajo, en general. La diferencia en energía se desprende como calor.

Ahora veamos un ejemplo, digamos glicólisis. El comienzo de la glucólisis es la fase de inversión de energía en la que damos un grupo fosfato de ATP a glucosa. El primer paso es glucosa -> G6P. Tenga en cuenta que G6P tiene una energía potencial más alta que la glucosa. Ahora, debes estar gritándome, “¡Pero Robert, dijiste que prefieren menos energía potencial!” Tienes razón, los sistemas prefieren una energía potencial más baja. Lo que a menudo se descuida en los cursos bio introductorios es que el ATP pasará de un estado de alta energía a uno de baja energía. Tenemos que combinar estos dos valores para obtener un gráfico OVERALL que muestre la energía potencial GLOBAL que se muestra. Aquí está mi dibujo crudo en MS-Paint:

Ahora hay una cosa que mencioné pero aún no explicada, la pequeña joroba. Recuerda que la energía se libera de los enlaces que se forman mientras que la energía se absorbe cuando se rompen los enlaces. Esa pequeña joroba es la energía requerida para romper los lazos necesarios en la reacción. Entonces, en nuestro gráfico ATP -> ADP, la joroba denota la hidrólisis, o la ruptura del grupo fosfato del ATP.

Debido a que esto requiere una buena comprensión de la química, y definitivamente corté las cosas y dije algunas cosas marginalmente incorrectas para mayor claridad, los profesores bio simplemente dicen que el ATP proporciona energía para la reacción. En cierto modo, lo hace. Trae la energía potencial que eventualmente se liberará. Pero la energía se libera cuando el sistema general se mueve a una energía potencial más baja. Así es como también tenemos la glucosa pasar a un nivel más alto de energía potencial en forma de G6P. Sí, se puede decir que la glucosa -> G6P es endotérmica o endergónica, pero la reacción general sigue siendo exotérmica.

EDITAR: Recientemente me fusioné con otra respuesta. Para responder más directamente a la nueva pregunta, los sistemas biológicos no son perfectos. No pueden aprovechar toda la energía del ATP, la energía que no se aprovecha se convierte en calor residual que nos calienta: 3