Trasferimento dei gruppi fosforici e ATP

Le cellule eterotrofiche, come accennato, estraggono energia libera in forma chimica attraverso il catabolismo delle molecole di sostanze nutrienti, tale energia viene impiegata per la produzione di ATP a partire da ADP e P_i.
Parte dell’energia libera dell’ATP viene poi utilizzata per i processi endoergonici, come la sintesi di intermedi metabolici e di macromolecole partendo da semplici precursori, il trasporto attivo di sostanze attraverso le membrane (contro il gradiente di concentrazione) e il movimento meccanico.

L’estrazione di energia dall’ATP avviene attraverso una reazione che vede implicata l’ATP stessa guidata (o favorita), e come risultato ha la conversione dell’ATP in ADP e P_i o AMP e 2P_i.
In quasi tutti i casi in cui si ha donazione di energia dall’ATP, è coinvolto anche un trasferimento di gruppo.
L’idrolisi di ATP è accompagnata da grande variazione di energia libera standard (di segno negativo). La scissione del legame fosfoanidridico provoca l’allontanamento di uno dei tre gruppi fosforici dell’ATP, carico negativamente, rimuovendo dalla molecola alcune delle repulsioni elettrostatiche. Il gruppo fosfato viene stabilizzato da alcune forme di risonanza non possibili quando il gruppo è inserito nella molecola dell’ATP. La restante parte della molecola si ionizza rilasciando uno ione H⁺ in un mezzo in cui la concentrazione di ioni H⁺ è molto bassa (situazione che favorisce l’idrolisi).

L’ATP è cineticamente stabile nonostante la sua idrolisi sia fortemente esoergonica (∆G = -30,5 KJ/mole), quando quest’ultima avviene in assenza di un enzima, poiché l’energia di attivazione, in questo caso, risulta essere molto alta.
Nell’eventualità in cui la reazione è catalizzata da un enzima, si ha una rapida idrolisi dei legami fosfoanidritici dell’ATP.

Energia libera standard di composti fosforilati e tioesteri

Il fosfoenolpiruvato contiene un gruppo fosforico che può idrolizzare generando la forma enolica del piruvato, che tautomerizza immediatamente nella forma chetonica più stabile.
Il prodotto dell’idrolisi può esistere sia in forma enolica che chetonica, mentre il reagente solo in forma enolica, il prodotto risulta più stabile del reagente, ne consegue l’elevata energia libera standard di idrolisi del fosfoenolpiruvato pari a –61,9 kj/mole.

In tutte le reazioni che liberano P_i, le diverse forme di risonanza che il P_i stesso può assumere rendono più stabile questo prodotto rispetto al reagente, contribuendo all’ulteriore generazione di energia libera standard negativa.
I tioesteri non rilasciano P_i in seguito a idrolisi, ma possiedono ugualmente energia libera di idrolisi negativa, e la differenza di energia libera tra i tioesteri e i loro prodotti è superiore a quella tra gli esteri e i loro prodotti di idrolisi.

In entrambi i casi, come risultato dell’idrolisi, avremo un acido carbossilico ionizzabile.
L’energia libera dell’acetil-CoA è negativa e piuttosto elevata, pari a circa 31 kj/mole.
Pertanto i composti con energia libera di idrolisi molto negativa generano prodotti più stabili dei reagenti.