¿Qué tiene que pasarle a una molécula de ADP para convertirla nuevamente en ATP? ¿De dónde viene la energía para esto?

El ADP debe ser fosforilado (tipo de “energía”), hecho a través de una reacción con fósforo inorgánico y energía: ADP + P [matemáticas] _i [/ ​​matemáticas] + Energía → ATP + H [matemáticas] _2 [/ matemáticas] O – que es lo que sucede como una de las reacciones finales de la respiración celular .

La energía requerida para la reacción es proporcionada por protones (iones de hidrógeno) que “caen” un gradiente electroquímico, impulsando un “nanogenerador”, literalmente, como la energía potencial de una cascada, convertida en energía cinética, impulsando una turbina hidroeléctrica ( en serio)! – una proteína de transporte de membrana interna mitocondrial (la enzima ATP sintasa ), donde tiene lugar la síntesis.

Esto, por supuesto, plantea la pregunta “¿De dónde viene la energía potencial del gradiente de hidrógeno?” … Publiqué detalles sobre esto hoy temprano: ver mi respuesta a ¿Cuál es el mecanismo de la síntesis de ATP?

Para una presentación animada de la respiración celular eucariótica, ver Cellular Respiration .ppsx (PowerPoint).

En general, ADP + Pi-> ATP es catalizado por la enzima ATPasa, cuyo modelo es el tipo F0F1 que se encuentra típicamente en las mitocondrias. Es un proceso complejo que depende de la acumulación de un gradiente de protones logrado por el sistema de transporte de electrones.

Una fuerza motriz de protones es generada por la abundancia de protones en un lado de una membrana en comparación con un bajo consumo en el otro lado, donde los protones buscan cruzar la membrana de alta a baja concentración para equilibrarse. La membrana impide este transporte, y la ATPase proporciona un canal para ese transporte. A medida que los protones viajan a través de la ATPasa, hacen que la estructura de la proteína gire como un eje. Este eje gira entre diferentes dominios con 3 posiciones disponibles. Imagine desde una vista superior que los dominios están posicionados como un reloj en 12, 4 y 8, y el eje gira en el centro. Cuando está en la posición de 12oclock, el dominio está abierto y tiene afinidad por ADP + Pi. Cuando el eje gira a 4oclock, la posición de 12oclock se cierra forzando ADP y Pi juntos y catalizando la formación de ATP. Al mismo tiempo, la posición de 4oclock está abierta y puede aceptar más ADP y Pi para repetir el proceso. A medida que el eje gira a 8oclock, la posición de 12oclock ahora contiene ATP (débilmente), 4oclock acaba de formar ATP, y 8oclock está abierto para ADP + Pi. Cuando el eje alcanza 12oclock por 1 vuelta completa, la posición de 12oclock se abre liberando ATP, y aceptando más ADP y Pi. Esto se repite una y otra vez mientras los protones sigan fluyendo a través de la ATPasa desde un lado de la membrana hacia el otro. Por lo tanto, a medida que se oxida más glucosa en la glucólisis y el piruvato se oxida a través del ciclo TCA, se producen NADH y FADH reducidos para participar en la redox del ETS, donde cada reacción redox bombea un protón a través de la membrana para construir este gradiente necesario para la producción de ATP .

Aquí es donde la mayoría del ATP se produce en la respiración. Solo obtiene 4 ATP por molécula de glucosa de la glucólisis y 2 del TCA (en realidad son GTP). Los otros 30 provienen de NADH y FADH que alimentan la fuerza motriz del protón a través de redox en el ETS para impulsar la actividad de ATPasa.

Para su información, la ATPasa también puede ir en reversa, hidrolizando el ATP para producir un gradiente de protones.

Depende del contexto. En las células vegetales, la luz solar obtenida se utiliza para reponer el ATP durante las reacciones de luz de la fotosíntesis. En la respiración celular, las enzimas transfieren fosfatos inorgánicos al ADP para producir ATP.