¿Cómo funciona la fosforilación?

La fosforilación es la adición de un grupo fosfato a cualquier otra molécula. Su papel predominante en la bioquímica lo convierte en un importante objeto de investigación sobre todo en la fosforilación de proteínas y de fructosa. Es la reacción opuesta a la fosfatación.

La fosforilación oxidativa es el proceso por el que se forma ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH o del FADH2 al O2 a través de una serie de transportadores de electrones. En los organismos aeróbicos, esta es la principal fuente de ATP.

¿Cuántas moleculas de ATP se producen? 26-28 moléculas de ATP – en Fosforilación oxidativa. La respiración celular anaeróbica ocurre en ausencia de oxígeno. Este mecanismo sólo produce 2 moléculas de ATP; se obtiene energía a partir del piruvato que se produjo en la glucólisis.

Fosforilación: Conversión de la glucosa en glucosa-6-fosfato; prepara a la glucosa para nuevas reacciones metabólicas. Fosforilación oxidativa: Reacción que une un grupo fosfato al ADP, para formar ATP.

La fosforilación proteica, que implica la adición de grupos de fosfato a las proteínas, es un regulador clave de la función proteica, y la definición de la fosforilación específica del sitio es esencial para entender la biología básica y de la enfermedad.

Existen tres modalidades de fosforilación: fosforilación a nivel de sustrato ocurre en la glucólisis, fosforilación oxidativa (tiene lugar en la cadena respiratoria mitocondrial y fotofosforilación (se produce en los cloroplastos, durante la fotosíntesis).

Resumen: fosforilación oxidativa

El movimiento "cuesta abajo" de los electrones a través de la cadena causa que el primer, tercer y cuarto complejos bombeen protones hacia el espacio intermembranal. Finalmente, los electrones llegan al oxígeno, el cual los acepta junto con protones y se forma agua.

En la mitocondria se desarrollan el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. En total, se generan así entre 36 y 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa: la glucólisis y el ciclo de Krebs producen dos moléculas de ATP cada uno; la cadena respiratoria, entre 32 y 34 moléculas de ATP.

La respiración celular (fosforilación oxidativa) tiene lugar en las mitocondrias, donde una serie de enzimas catalizan la transferencia de electrones a oxígeno molecular y la generación de adenosina trifosfato (ATP) que almacena energía.

La creación de ATP tiene lugar en todas las células del organismo. El proceso empieza cuando la glucosa se digiere en los intestinos. A continuación, las células la retoman y la convierten en piruvato. Luego se traslada a las mitocondrias de las células, donde, en última instancia, se produce ATP.

Las células de tu cuerpo funcionan generando ATP a partir de los alimentos que consumes. Luego, cuando la célula necesita realizar una función, rompe dichas moléculas de ATP para liberar la energía contenida en sus enlaces y así alimentar las reacciones químicas necesarias para realizar sus propósitos.

Así, el NADPH, el ATP y el oxígeno son los productos de la primera fase de la fotosíntesis llamadas reacciones de luz. La energía del ATP y los electrones del NADPH se utilizan para reducir el CO2 y construir azúcares, que son el último almacenamiento de energía que surge directamente de la fotosíntesis.

La hexoquinasa es la enzima que cataliza la primera reacción de la vía glucolítica: la fosforilación de la glucosa a glucosa 6-fosfato con el consumo de una molécula de ATP. En la estructura de la hexoquinasa se pueden obserbar dos lóbulos que forman una hendidrua en que se une la glucosa .

Glycogen phosphorylase

Enzima que cataliza la degradación del GLICÓGENO en los animales mediante la liberación de la glucosa-1-fosfato a partir del enlace terminal alfa-1,4-glicosídico. Esta enzima existe en dos formas: una forma activa fosforilada (FOSFORILASA A) y una forma no fosforilada inactiva (FOSFORILASA B).

Cuando el cuerpo no necesita usar la glucosa para generar energía, la almacena en el hígado y los músculos. Esta forma almacenada de glucosa se compone de varias moléculas conectadas entre sí y se llama “glucógeno”.

La fosforilación de proteínas es el principal mecanismo en la regulación de la organización del citoesqueleto durante el ciclo y la diferenciación celular.

Se basa en la acción del complejo ATP-sintasa, un complejo proteico que se encuentra en la membrana interna mitocondrial. Este complejo enzimático con forma de canal es capaz de generar una molécula de ATP a partir de una molécula de ADP cada vez que un ión de hidrógeno pasa por su interior.

La fuerza protón motriz se emplea para acoplar el transporte de electrones con la fosforilación oxidativa: el exceso de protones pasa a través de la membrana interna de nuevo a la matriz a través de canales de la ATP sintasa, impulsando la síntesis de ATP.

Este mecanismo requiere la acción concertada de dos tipos de enzimas: las proteínas kinasas que realizan la fosforilación y las fosfoproteínas fosfatasas que catalizan la desfosforilación.

Inhibición de la fosforilación

Actúan en el complejo enzimático (ATPsintasa) que cataliza la síntesis de ATP, bloquean el paso en el cual el ADP se une al fosfato impidiendo que la energía del potencial electroquímico llegue al sistema fosforilante.

La velocidad de las enzimas para regular el ciclo depende básicamente de la cantidad de ATP; si hay demasiado, la velocidad de ciclo disminuye y, si por el contrario hay exceso de ADP la velocidad del ciclo aumenta⁴.

El ATP, por ejemplo, es una señal de "alto": niveles elevados significan que la célula tiene suficiente ATP y no necesita hacer más con la respiración celular. Este es un caso de inhibición por retroalimentación, en el que un producto "retroalimenta" para apagar su vía.

La deficiencia aislada de ATP sintasa, es un trastorno de la fosforilación oxidativa mitocondrial, genético y poco frecuente, que puede presentar una gran variedad de síntomas (que incluyen hipotonía muscular, cardiomiopatía hipertrófica, retraso psicomotor, encefalopatía, neuropatía periférica, acidosis láctica, ...

La respiración aeróbica es muy eficiente y genera hasta 36-38 ATP por glucosa, convirtiéndola en la forma más eficiente de producir energía en presencia de oxígeno.

El flujo de electrones a través de la cadena respiratoria representa la fuente de energía más importante del cuerpo al producir ATP (tres moléculas de ATP por molécula de NADH). Las variaciones de la intensidad del trabajo muscular determinan variaciones directamente proporcionales del consumo de ATP.