Función
La hidrólisis del ATP proporciona la energía necesaria para muchos procesos esenciales en organismos y células. Estos incluyen la señalización intracelular, la síntesis de ADN y ARN, la señalización purinérgica, la señalización sináptica, el transporte activo y la contracción muscular. Estos temas no son una lista exhaustiva, pero incluyen algunas de las funciones vitales que desempeña el ATP.
El ATP en la señalización intracelular
La transducción de señales depende en gran medida del ATP. El ATP puede servir de sustrato para las quinasas, la proteína de unión al ATP más numerosa. Cuando una quinasa fosforila una proteína, puede activarse una cascada de señalización, que conduce a la modulación de diversas vías de señalización intracelular. La actividad de las cinasas es vital para la célula y, por lo tanto, debe estar estrechamente regulada. La presencia del ion magnesio ayuda a regular la actividad de las cinasas. La regulación se realiza a través de los iones de magnesio que existen en la célula como un complejo con el ATP, unido a los centros de oxígeno de fosfato. Además de la actividad de la quinasa, el ATP puede funcionar como un desencadenante ubicuo de la liberación de mensajeros intracelulares. Estos mensajeros incluyen hormonas, varias enzimas, mediadores lipídicos, neurotransmisores, óxido nítrico, factores de crecimiento y especies reactivas de oxígeno. Un ejemplo de utilización del ATP en la señalización intracelular puede observarse en el ATP que actúa como sustrato para la adenilato ciclasa. Este proceso ocurre sobre todo en las vías de señalización de los receptores acoplados a la proteína G. Al unirse a la adenilato ciclasa, el ATP se convierte en AMP cíclico, que ayuda a señalar la liberación de calcio de las reservas intracelulares. El AMPc tiene otras funciones, como la de mensajero secundario en las cascadas de señalización hormonal, la activación de las proteínas quinasas y la regulación de la función de los canales iónicos.
Síntesis de ADN/ARN
La síntesis de ADN y ARN requiere ATP. El ATP es uno de los cuatro monómeros de nucleótidos-trifosfato que son necesarios durante la síntesis del ARN. La síntesis de ADN utiliza un mecanismo similar, excepto que en la síntesis de ADN, el ATP se transforma primero eliminando un átomo de oxígeno del azúcar para dar lugar al desoxirribonucleótido, dATP.
Señalización purinérgica
La señalización purinérgica es una forma de señalización paracrina extracelular que está mediada por nucleótidos de purina, incluido el ATP. Este proceso implica comúnmente la activación de los receptores purinérgicos en las células cercanas, con lo que se transducen señales para regular los procesos intracelulares. El ATP se libera de los almacenes vesiculares y está regulado por el IP3, además de otros mecanismos comunes de regulación exocitótica. El ATP se almacena y libera conjuntamente con los neurotransmisores, lo que respalda la idea de que el ATP es un mediador necesario de la neurotransmisión purinérgica tanto en los nervios simpáticos como en los parasimpáticos. El ATP puede inducir varias respuestas purinérgicas, incluyendo el control de las funciones autonómicas, las interacciones de la glía neural, el dolor y el control del tono de los vasos.
Neurotransmisión
El cerebro es el mayor consumidor de ATP del organismo, consumiendo aproximadamente el veinticinco por ciento de la energía total disponible. Una gran cantidad de energía se gasta en el mantenimiento de las concentraciones de iones para la correcta señalización neuronal, así como en la transmisión sináptica. La transmisión sináptica es un proceso que requiere mucha energía. En el terminal presináptico, el ATP es necesario para establecer los gradientes de iones que transportan los neurotransmisores a las vesículas y para preparar las vesículas para su liberación mediante exocitosis. Este proceso depende de que el ATP restablezca la concentración de iones en el axón después de cada potencial de acción, permitiendo que se produzca otra señal. El transporte activo es responsable del restablecimiento de las concentraciones de iones de sodio y potasio a los valores de referencia después de que se produzca un potencial de acción a través de la Na/K ATPasa. Durante este proceso, se hidroliza una molécula de ATP, tres iones de sodio son transportados fuera de la célula y dos iones de potasio son transportados de vuelta a la célula, y ambos se mueven en contra de sus gradientes de concentración.Los potenciales de acción que viajan por el axón inician la liberación vesicular al llegar a la terminal presináptica. Después de establecer los gradientes de iones, los potenciales de acción se propagan por el axón mediante la despolarización del mismo, enviando una señal hacia la terminal. Se necesitan aproximadamente mil millones de iones de sodio para propagar un solo potencial de acción. Las neuronas necesitarán hidrolizar cerca de mil millones de moléculas de AT para restaurar la concentración de iones de sodio/potasio después de cada despolarización celular.Las sinapsis excitatorias dominan en gran medida la materia gris del cerebro. Las vesículas que contienen glutamato se liberan en la hendidura sináptica para activar los receptores glutaminérgicos excitatorios postsinápticos. La carga de estas moléculas requiere grandes cantidades de ATP debido a las casi cuatro mil moléculas de glutamato almacenadas en una sola vesícula. Se necesitan importantes reservas de energía para iniciar la liberación de la vesícula, impulsar los procesos postsinápticos glutamatérgicos y reciclar la vesícula, así como el glutamato sobrante. Por lo tanto, debido a las grandes cantidades de energía requeridas para el empaquetamiento del glutamato, las mitocondrias están muy cerca de las vesículas glutamatérgicas.
El ATP en la contracción muscular
La contracción muscular es una función necesaria de la vida cotidiana y no podría ocurrir sin el ATP. Hay tres funciones principales que el ATP realiza en la acción de la contracción muscular. La primera es la generación de fuerza contra los filamentos de actina adyacentes mediante el ciclado de los puentes cruzados de miosina. La segunda es el bombeo de iones de calcio desde el mioplasma a través del retículo sarcoplásmico contra sus gradientes de concentración mediante el transporte activo. La tercera función que realiza el ATP es el transporte activo de iones de sodio y potasio a través del sarcolema para que los iones de calcio puedan ser liberados cuando se reciba la entrada. La hidrólisis del ATP impulsa cada uno de estos procesos.