3.22: Reazioni accoppiate

I processi cellulari come la costruzione e la scomposizione di molecole complesse avvengono attraverso reazioni chimiche graduali. Alcune di queste reazioni chimiche sono spontanee e rilasciano energia, mentre altre richiedono energia per procedere. Le cellule spesso accoppiano la reazione di rilascio di energia con quella che richiede energia per svolgere importanti funzioni cellulari.

L’energia contenuta nelle molecole di adenosina trifosfato o ATP è facilmente accessibile per svolgere il lavoro. L’ATP alimenta la maggior parte delle reazioni cellulari che richiedono energia. Le cellule accoppiano l’idrolisi dell’ATP con reazioni endergoniche che consentono loro di procedere. Un esempio di accoppiamento di energia utilizzando l’ATP coinvolge una pompa ionica transmembrana che è estremamente importante per la funzione cellulare. Questa pompa sodio-potassio (pompa Na⁺/K⁺) spinge il sodio fuori dalla cellula e il potassio nella cellula. Una grande percentuale dell’ATP di una cellula alimenta questa pompa, perché i processi cellulari portano una notevole quantità di sodio nella cellula e potassio fuori da essa. La pompa lavora costantemente per stabilizzare le concentrazioni cellulari di sodio e potassio.

Spesso durante le reazioni metaboliche cellulari, come la sintesi e la degradazione dei nutrienti, alcune molecole devono alterare leggermente la loro conformazione per diventare substrati per la fase successiva della serie di reazioni. Un esempio è durante le primissime fasi della respirazione cellulare, quando una molecola di zucchero e glucosio si rompe nella glicolisi. Nella prima fase, l’ATP è necessario per fosforilare il glucosio, creando un intermedio ad alta energia ma instabile. Questa reazione di fosforilazione alimenta un cambiamento conformazionale che consente alla molecola di glucosio fosforilata di convertirsi in zucchero fosforilato fruttosio. Il fruttosio è un intermedio necessario per l’avanzamento della glicolisi. Qui, la reazione esoergonica dell’idrolisi dell’ATP si accoppia con la reazione endergonica di conversione del glucosio in un intermedio fosforilato nel percorso. Ancora una volta, l’energia rilasciata dalla rottura di un legame fosfato all’interno dell’ATP è stata utilizzata per fosforilizzare un’altra molecola, creando un intermedio instabile e alimentando un importante cambiamento conformazionale.

Questo testo è adattato da Openstax, Biologia 2e, Sezione 6.1: Energia e Metabolismo , sezione 6.3: Le Leggi di Termodinamica e 6.4 ATP: adenosina trifosfato.