1.4. La química de la fermentación y el ATP

La respuesta se obtuvo al estudiar la fermentación alcohólica. Este proceso se conocía desde hacía al menos 8 000 años, cuando los sumerios y babilonios aprendieron a utilizar levaduras (Saccharomyces cerevisiae) para producir cerveza a partir de zumos de fruta. En su transcurso se originaban unas burbujas, y hace 6 000 años los egipcios descubrieron que podían usarlas para hinchar una masa de pan y hacerla más ligera (el vocablo “levadura” deriva de la palabra latina levis, que significa “elevar”).

Las burbujas producidas por la levadura recordaban a las que se formaban al hervir agua, por lo que al proceso se le llamó fermentación (del latín fervēre, “hervir”). Lavoisier averiguó que las burbujas encerraban CO₂, generado cuando la glucosa del mosto de uva se transformaba en etanol:

                  (4)

Otro tipo de fermentación de antigua raigambre era la láctica, que permitía conservar la leche en forma de yogur o fabricar quesos, pero no producía CO₂:

                         (5)

En 1905, dos bioquímicos, el inglés Arthur Harden (1865-1940) y el australiano William John Young (1878-1942), añadieron extracto de levadura a una disolución de glucosa para estudiar la fermentación alcohólica, cuyo progreso podían seguir fácilmente por el grado de burbujeo del CO₂ formado. Comprobaron que el burbujeo decrecía al cabo de un rato, pese a que había aún bastante glucosa y las células de levadura podían seguir fermentando. Eso solo podía significar que algún otro nutriente esencial se había agotado. Si se añadían fosfatos inorgánicos se renovaba la actividad fermentadora. Pero luego desaparecía el fosfato inorgánico y, a cambio, se formaba una sustancia fosfatada orgánica, hoy llamada 1,6-bisfosfato de fructosa:

A partir de entonces se descubrirían por doquier moléculas fosfatadas, dejando claro que el fósforo jugaba un papel clave en el ciclo del carbono. Una de estas moléculas fosfatadas, que se encontró en todo tipo de células, es el trifosfato de adenosina o ATP. A pH 7 esta molécula se halla casi por completo ionizada como ATP^4– (ver → ilustración) y tiende a ceder un grupo fosforilo [PO₃¯] al agua, quedando como difosfato de adenosina (ADP):

                                   (6)

El término entre corchetes indica que el fosforilo en ningún momento aparece libre (en forma de ion metafosfato), sino que se combina inmediatamente con el agua. La reacción global de la hidrólisis del ATP puede, en consecuencia, expresarse mediante la siguiente ecuación:

            (7)

o, abreviadamente, ATP → ADP + Pi. Como indica la ecuación (7) y explica la ilustración siguiente, esta reacción libera una cantidad de energía que, en las células vivas intactas, es de 57 kJ mol^-1 por término medio, lo que corresponde a 0,6 eV por molécula¹, aproximadamente.

¿Podrían ser las moléculas de ATP esos “billetes pequeños” o “monedas” que andábamos buscando? Así lo interpretó Fritz Albert Lipmann (1899-1986), el bioquímico estadounidense que en 1941 acuñó la expresión moneda energética al referirse al ATP. En efecto, su hidrólisis proporciona la energía adecuada para los 0,3 eV que requieren los enlaces típicos de las proteínas y demás macromoléculas. Lipmann postuló que el ATP cedería su grupo fosforilo, no al agua, sino a moléculas aceptoras que se activarían así energéticamente y podrían efectuar los distintos tipos de trabajo propios de las células; luego se regeneraría a partir de ADP, Pi y la energía liberada en la degradación (catabolismo) de moléculas como la glucosa —el proceso se denomina fosforilación y es la reacción inversa a la 7—, cerrando una especie de “ciclo del fosfato” a nivel celular:

Lipmann propuso en 1941 que el ATP describiría un ciclo similar al que aquí se muestra (fuente: ASH)..