Respuesta 1:
Has hecho una pregunta clásica en biología, y por supuesto, una muy importante. La forma en que los seres vivos producen energía utilizable es importante no sólo desde el punto de vista de la comprensión de la vida, sino que también podría ayudarnos a diseñar productos de recolección y producción de energía más eficientes: si pudiéramos «imitar» la forma en que las células vivas manejan su equilibrio energético, podríamos mejorar enormemente nuestra tecnología. Por ejemplo, una planta es mucho mejor recolectora de luz solar que nuestro mejor panel solar. Y, por supuesto, si entendemos el uso de la energía, también puede ayudarnos a tratar enfermedades humanas como la diabetes.
Ahora, la respuesta a su pregunta puede encontrarse en cualquier libro de texto de biología básica, pero a veces, hay tanta información empaquetada en tal libro de texto que puede ser difícil extraer la información que necesita o, más a menudo, ver toda esa información en un contexto más amplio. Vamos a tratar de abordar su pregunta en varias partes.
En primer lugar, tenemos que saber lo que realmente es el ATP – químicamente, se conoce como trifosfato de adenosina. El ATP es una forma de energía utilizable para las células – la energía está «atrapada» en un enlace químico que puede ser liberado y utilizado para impulsar otras reacciones que requieren energía (reacciones endergónicas).
Los organismos fotosintéticos utilizan la energía de la luz solar para sintetizar sus propios combustibles. Pueden convertir la luz solar cosechada en energía química (incluyendo ATP) para luego impulsar la síntesis de carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua. Cuando sintetizan los hidratos de carbono, se libera oxígeno. En todo el mundo, las plantas «fijan» cada año más de 10.000 millones de toneladas de carbono, lo que significa que las moléculas de carbono pasan de ser un gas simple (el dióxido de carbono) a moléculas más complejas y reducidas (los hidratos de carbono), lo que hace que el carbono esté disponible como alimento para los no fotosintetizadores (y, por supuesto, proporciona oxígeno). Utilizan parte de los carbohidratos para su propio crecimiento y reproducción. Es bastante sorprendente cuando lo piensas: ¿has estado en el Parque Nacional de Sequoia o has visto las secuoyas de nuestra costa noroeste? Árboles enormes, ¿verdad? Piensa en el hecho de que la mayor parte de esa masa está en forma de carbono que fue extraído del aire como dióxido de carbono!
El proceso de fotosíntesis tiene dos partes. Primero, hay las reacciones de luz, donde la luz se convierte en energía química (un portador de electrones reducido y ATP). Esto ocurre en los tilacoides (membranas apiladas) de los cloroplastos. El ATP y los portadores de electrones se utilizan después en un segundo conjunto de reacciones, llamadas reacciones independientes de la luz. Esto también ocurre en los cloroplastos, pero en una zona llamada estroma. En este caso, el dióxido de carbono se utiliza para producir azúcares en una serie de reacciones denominadas ciclo de Calvin, fotosíntesis C4 y metabolismo de los ácidos crasuláceos. Se puede mirar en cualquier libro de texto básico de biología para ver cuánta «energía» o «azúcar» se produce en cada paso del proceso.
En los no fotosintetizadores, el combustible tiene que ser consumido. El combustible químico más común es el azúcar glucosa (C6H12O6)… Otras moléculas, como las grasas o las proteínas, también pueden suministrar energía, pero (normalmente) tienen que ser convertidas primero en glucosa o en algún intermedio que pueda ser utilizado en el metabolismo de la glucosa.
Ahora esto nos lleva a la siguiente parte: ¿cómo pasamos de la glucosa al ATP? Esto se logra a través del proceso de «oxidación» – y esto se lleva a cabo a través de una serie de vías metabólicas. Las complejas transformaciones químicas en la célula se producen en una serie de reacciones separadas para formar cada vía, y cada reacción es catalizada por una enzima específica. Curiosamente, las vías metabólicas son similares en todos los organismos, desde las bacterias hasta los seres humanos. En los eucariotas (plantas y animales) muchas de las vías metabólicas están compartimentadas, y ciertas reacciones se producen en orgánulos específicos. Básicamente, las células atrapan la energía libre liberada por la descomposición (metabolismo) de la glucosa. Esta energía queda atrapada en el ATP a medida que se convierte de ADP a ATP mediante la adición de fosfato.
Hay 3 vías principales para cosechar energía de la glucosa:
Glicólisis – comienza el metabolismo de la glucosa en todas las células para producir 2 moléculas de piruvato. Se produce fuera de las mitocondrias, normalmente en el citoplasma.
Respiración celular – utiliza el oxígeno del entorno y convierte cada piruvato en tres moléculas de dióxido de carbono mientras atrapa la energía liberada en este proceso en ATP. Existen 3 subvías de la respiración celular: la oxidación del piruvato, el ciclo del ácido cítrico (Krebs o ácido tricarboxílico) y la cadena de transporte de electrones. Se produce en diferentes subcompartimentos de las mitocondrias.
Fermentación – convierte el piruvato en ácido láctico o etanol; no necesita oxígeno. No es tan eficiente como la respiración celular; ocurre en el citoplasma.
En cuanto a la cantidad de ATP que se produce, puede buscar en sus textos básicos y evaluar cuántos ATP se utilizan frente a cuántos se producen para cada aspecto del metabolismo