De la bioenerg´etica a la bioqu´ımica del ATP Sandra Rosas Madrigal, Edgar V´azquez Contreras, Mariana Peimbert Torres y Gerardo P´erez Hern´andez. Departamento de Ciencias Naturales. UAM Cuajimalpa. En el presente trabajo se exponen algunas de las principales funciones que juega el ATP en diversas actividades celulares. Se aborda de manera breve la s´ıntesis del ATP, su papel en el metabolismo, su relaci´ on con las prote´ınas y la evoluci´on bioqu´ımica a expensas del ATP. Tambi´en se describe su participaci´ on en las v´ıas de se˜ nalizaci´on celular y neuromodulaci´on. Finalmente se hace un recuento breve de las enfermedades relacionadas con deficiencias en la se˜ nalizaci´on mediante ATP y con deficiencias en el metabolismo energ´etico en mitocondrias.

Recibido: 22 de julio de 2010. Aceptado: 7 de septiembre de 2010 Abstract: The adenosine triphosphate (ATP) besides being a molecule needed for the exchange of energy of the organisms, carries out other indispensable functions in the cellular metabolism. The ATP is one of the principal units of the nucleic acids (DNA and RNA), his alosteric interaction with proteins allows him to establish the regulation of metabolic pathways, also it acts as a intra and extracelular messenger where plays an important rol as physiological mediator. All these properties do the ATP an essential molecule in the metabolism and the evolution of the cells.

Introducci´ on El adenos´ın trifosfato (ATP) es requerido por todos los seres vivos. Juega un papel cr´ıtico y realiza diferentes funciones en el metabolismo celular como unidad de ´acidos nucleicos (ADN y ARN), efector alost´erico de v´ıas metab´ olicas, permite la producci´on de intermediarios activados de una variedad de reacciones, participa como componente de coenzimas, y tambi´en act´ ua como un mensajero intra y extracelular extracelular donde juega un papel importante como mediador fisiol´ogico. El ATP es mejor conocido por su prominente papel en el metabolismo energ´etico de las c´elulas, donde es ocupado en reacciones como agente de fosforilaci´on, transporte activo, plegamiento de prote´ınas, mantenimiento de gradientes i´ onicos, bioluminiscencia, y transducci´on mec´ anica a trav´es de cambios conformacionales en prote´ınas, por ejemplo en la contracci´ on muscular. Tambi´en participa como donador de fosfatos para la generaci´on de otros nucle´ otidos.

In the present work we exposed some of the principal functions that the ATP plays in several cellular activities. The synthesis of the ATP is approached briefly, his rol in metabolism, his relation with proteins and biochemical evolution at the expense of the ATP. Also we described his participation in the pathways of cellular signaling and neuromodulation. Finally there is done a brief review of related diseases to deficiencies in ATP-signaling and deficiencies in the energetic metabolism in mitochondria. Resumen: El adenos´ın trifosfato o ATP adem´ as de ser una mol´ecula requerida para el intercambio de energ´ıa de los seres vivos, lleva a cabo otras funciones indispensables en el metabolismo celular. El ATP es una de las unidades principales de los ´ acidos nucleicos (ADN y ARN), su interacci´ on alost´erica con prote´ınas le permite establecer la regulaci´ on de v´ıas metab´olicas, tambi´en act´ ua como un mensajero intra y extracelular donde juega un papel importante como mediador fisiol´ogico. Todas estas propiedades hacen del ATP una mol´ecula esencial en el metabolismo y en la evoluci´ on de las c´elulas.

La investigaci´on de la funci´on del ATP en diversas actividades celulares ha promovido la revoluci´on de ideas y conceptos en ciertas ´areas de la investigaci´on biol´ ogica. La s´ıntesis del ATP La estructura de la mol´ecula de adenos´ın trifosfato (ATP) consiste en una base nitrogenada de purina (adenina) unida al carbono 1’ de una pentosa (ri39

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bosa) (Figura 1). Tres grupos de fosfatos se unen al carbono 5’ de la pentosa.

Figura 1. Mol´ecula de ATP.

La eliminaci´ on y adici´ on de estos grupos fosfato pueden interconvertir las mol´eculas de ATP, ADP y AMP. En muchos casos el ATP se encuentra coordinado a un cati´ on divalente, principalmente con Mg2+ 2+ y Ca ; el cati´ on divalente puede coordinarse con las cargas negativas de los grupos fosfatos, lo cual es necesario para el ataque nucleof´ılico que se lleva a cabo en los sitios activos de las prote´ınas que hidrolizan ATP. Las c´elulas, los tejidos y los ´ organos han evolucionado para mantener relativamente constante la concentraci´on de ATP dentro de una c´elula m´as all´a de su producci´on y demanda en una variedad de usos; este proceso tambi´en es conocido como home´ostasis del ATP, por lo que dependiendo del estado metab´ olico la concentraci´on de ATP en el interior de una c´elula se encuentra entre 1 y 10 mM.

Figura 2. Home´ ostasis del ATP.

El ATP puede ser producido a partir de ADP y Pi (f´osforo inorg´ anico) presente en el medio, principalmente por la v´ıa de fosforilaci´on oxidativa en mitocondrias, la fotofosforilaci´on oxidativa en los cloroplastos y las bacterias fotosint´eticas. Por otro lado existen sustratos donadores de fosfato que son utilizados para sintetizar ATP, mecanismo conocido como s´ıntesis de ATP a nivel de sustrato o fosforilaci´on a nivel de sustrato, como lo que ocurre en la gluc´olisis o en el metabolismo de la fermentaci´ on. Los carbohidratos (az´ ucares) son las fuentes o sustratos principales para producir el ATP. Para dar inicio a la s´ıntesis del ATP, ´estas biomol´eculas deben ser descompuestas en sus componentes b´asicos, como glucosa y fructosa. La glucosa como sustrato primario en la mayor´ıa de las c´elulas se descompone en CO2 por medio del proceso oxidativo conocido como respiraci´on celular, en donde a partir de una sola mol´ecula de glucosa se pueden producir 38 mol´eculas de ATP. En los organismos eucariotas no fotosint´eticos la respiraci´on celular consta de tres procesos: la gluc´olisis, el ciclo del ´acido c´ıtrico y la fosforilaci´on oxidativa. En la mayor´ıa de los organismos la gluc´olisis se produce en el citosol, aunque en los protozoos quinetopl´ astidos, se lleva a cabo en el organelo glicosoma. En el proceso, la glucosa y el glicerol se metabolizan anaer´obicamente en piruvato y por fosforilaci´ on a nivel de sustrato se transfiere el Pi al ADP generando dos mol´eculas de ATP, una por la enzima fosfoglucocinasa y otra por la piruvato quinasa; la v´ıa de la gluc´olisis tambi´en produce dos mol´eculas de NADH y FADH2 cuyo potencial de transferencia de hidr´ogeno es ocupado por la cadena de transporte de electrones para dar lugar a ATP adicional. La oxidaci´ on de una mol´ecula de FADH2 o NADH produce entre 1 y 2 ´o 2 y 3 mol´eculas de ATP respectivamente. En el proceso de la fosforilaci´on oxidativa, el paso de electrones desde el NADH y FADH2 a trav´es de la cadena de transporte de electrones produce un bombeo de protones o hidrogeniones (H3 O+ ) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranal. Este proceso permite la acumulaci´on de H3 O+ dando origen a una fuerza prot´ on-motriz que es la combinaci´on del gradiente de pH y del potencial el´ectrico a trav´es de la membrana interna mitocondrial. El flujo de protones desde el espacio intermembranal hasta la matriz, proporciona parte de la fuerza necesaria para la s´ıntesis del ATP a partir de ADP y Pi por la ATP-sintasa. Esta enzima es un mo-

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tor molecular que se compone de dos sectores, el sector F0 embebido en la membrana y el sector F1 expuesto al solvente. El gradiente de H+ es ocupado para generar movimiento mec´ anico a trav´es de las subunidades de la ATP-sintasa, cuya arquitectura expone una parte est´ atica, estator, en concordancia con otra parte din´ amica o rotor. Durante la s´ıntesis de ATP en la ATP-sintasa se acopla el movimiento de una subunidad que gira f´ısicamente en relaci´ on con las partes est´ aticas de la prote´ına y la uni´ on cooperativa de sustrato en los tres sitios activos de la enzima.

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rendimiento energ´etico de este proceso y el almacenamiento compacto de los l´ıpidos en las vacuolas celulares explica por qu´e la grasa es la fuente m´as importante de calor´ıas en la dieta. La mayor´ıa del ATP en el cuerpo humano no suele ser sintetizado de novo, sino que se genera a partir de ADP por todos los procesos anteriores. As´ı, en un momento dado, la cantidad total de ATP m´as ADP se mantiene constante. Este proceso es celosamente regulado por mecanismos de retroalimentaci´ on y por la concentraci´on de los sustratos de las enzimas de la gluc´olisis y la fosforilaci´on oxidativa. La respiraci´on anaer´obica o fermentaci´ on implica la generaci´on de ATP mediante oxidaci´ on de sustratos con un aceptor de electrones diferente al O2 ; en organismos procariotas se pueden utilizar m´ ultiples aceptores de electrones que incluyen nitratos, sulfatos o CO2 . Estas reacciones conducen a los procesos ecol´ogicamente importantes de la desnitrificaci´on, la reducci´on de sulfato y la acetog´enesis, respectivamente. En estas c´elulas la mayor´ıa de la s´ıntesis del ATP se lleva a cabo en la membrana plasm´ atica.

Figura 3. La ATP–sintasa.

La mayor parte del ATP sintetizado en la mitocondria se utilizar´a para los procesos celulares en el citosol, por lo que debe ser exportado. La membrana interna contiene un antiportador, la ADP/ATP translocasa, que es una prote´ına integral de la membrana que intercambia el ATP desde la matriz con el ADP en el espacio intermembranal. Para producir al ATP es necesario tambi´en Pi, este es introducido a la matriz por medio del acarreador de fosfato que disipa el gradiente de protones al mover un prot´ on por cada fosfato que transloca. Los l´ıpidos tambi´en son una fuente importante de ATP. Los l´ıpidos se degrandan en ´ acidos grasos, que a su vez, se pueden degradar en acetil-CoA por medio de la beta-oxidaci´ on. Cada ronda de este ciclo reduce la longitud de la cadena de acilo en dos ´atomos de carbono produciendo una mol´ecula de NADH y una de FADH2 , que se utilizan para generar ATP por la fosforilaci´on oxidativa. Debido a que los ´acidos grasos son mol´eculas que contienen muchos ´atomos de Carbono se puede generar una gran cantidad de poder reductor por la beta-oxidaci´ on. El alto

El ATP tambi´en se puede sintetizar a trav´es de varias reacciones llamadas “de reposici´on” catalizadas por enzimas tipo nucle´ osido difosfato quinasas y guanido-fosfotransferasas, que utilizan otros nucle´osidos trifosfato como donantes de fosfatos de alta energ´ıa. En los organismos con cloroplastos, el ATP se sintetiza en la membrana de los tilacoides gracias a las reacciones dependientes de luz en la fotos´ıntesis en un proceso llamado fotofosforilaci´on. Aqu´ı, la energ´ıa de los fotones de luz se utiliza para bombear protones a trav´es de la membrana del cloroplasto. Esto produce la fuerza prot´ on-motriz e impulsa a la ATP sintasa, exactamente como ocurre en la fosforilaci´on oxidativa. Enlaces de alta energ´ıa Uno de los conceptos m´as u ´tiles en biolog´ıa cuantitativa es la correlaci´on energ´etica de cambios bioqu´ımicos con el metabolismo a trav´es de mol´eculas que se consideran tienen enlaces de alta energ´ıa. Existen objeciones al t´ermino que pueden llevar a malos entendidos sobre la naturaleza de la cuantificaci´on a considerar. Cuando se habla de energ´ıas de enlace qu´ımico se debe distinguir entre la representaci´ on concisa de enlace y la descripci´on detallada del proceso im-

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plicado, como lo es en bioqu´ımica, el t´ermino de enlace de alta energ´ıa. El t´ermino de energ´ıa de enlace tiene una definici´on clara en el campo de la energ´etica y se refiere al propio rompimiento de un enlace covalente entre dos atomos, tomando como ejemplo al ATP, ´

El rompimiento del enlace covalente ox´ıgeno fosfato requiere aproximadamente 100 kcal. Por otro lado en bioqu´ımica el inter´es cuantitativo se refiere al potencial qu´ımico o energ´ıa libre cuando un compuesto como el ATP transfiere uno de sus grupos substituyentes a otra mol´ecula como al agua,

En este sentido la reacci´on de transferencia depende de la naturaleza de la mol´ecula aceptora, as´ı como el car´ acter del grupo donador y el medio en el que ocurre la reacci´on, por lo que la energ´ıa de transferencia del grupo fosfato terminal del ATP con el agua en una soluci´ on acuosa es de ∆G = −7.5 kcal/mol, con la formaci´on de ADP2− y HPO−4 2 . Por otro lado, si se eval´ ua la transferencia del grupo fosfato de la glucosa-6-fosfato al agua el valor que se obtiene es de ∆G = −3 kcal/mol. Dado que el ∆G es negativo significa que la reacci´on es espont´ anea, de tal forma que la energ´ıa de transferencia de grupo del ATP es mayor que la de la glucosa-6-fosfato, o dicho de otro modo el ATP tiene un enlace de alta energ´ıa mayor que el de la glucosa-6-fosfato. Hay que notar que las unidades de enlace de alta energ´ıa son kcal/mol, por lo que la energ´ıa de

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transferencia de grupo se refiere a la energ´ıa de la transferencia de una mol de un grupo substituyente que pasa de una mol´ecula donadora a una mol´ecula aceptora. En una enzima que hidroliza ATP la reacci´on puede ser escrita como se muestra en la figura 4. Si cada paso es un equilibrio termodin´ amico, entonces la energ´ıa total del proceso es la suma de la energ´ıa de uni´ on (∆Guni´on ), la energ´ıa de hidr´olisis (∆Ghidrol´ısis ) o transferencia de grupo y la energ´ıa de liberaci´ on de productos (∆Gout ). La energ´etica total debido a este proceso resulta en energ´ıas favorables en el orden de −5 a −9 kcal/mol que son com´ unmente usadas para movimiento mec´ anico de prote´ınas o para activar reacciones en otras enzimas. La evoluci´on molecular de varias familias de prote´ınas que unen ATP parece estar centrado en el uso de la energ´ıa de uni´ on ∆Guni´on del ATP, por ejemplo en el sitio activo de la ATP-sintasa es la uni´ on del ATP aporta −6 kcal/mol y se traduce en trabajo mec´ anico a trav´es de cambios conformacionales de la prote´ına. Por otro lado la energ´etica de hidr´olisis ∆Ghidrol´ısis en la misma ATP-sintasa es cercana a cero, pero la transferencia del fosfato al agua en el sitio activo provee los arreglos moleculares locales que facilitan la liberaci´ on de productos y el movimiento rotacional de otras partes de la enzima. Se ha estimado que el acoplamiento de la energ´ıa del gradiente de H+ , la energ´ıa de uni´ on de sustratos y el movimiento mec´ anico hacen de la ATP-sintasa una prote´ına que trabaja con una eficiencia cercana a 100 %. Las prote´ınas y el ATP Muchas familias de prote´ınas han desarrollado la capacidad de realizar diferentes procesos a costa del ATP. Por ejemplo, la reacci´on de defosforilaci´on del ATP puede ser utilizada para llevar a cabo otras reacciones, para se˜ nalizaci´on, para transportar mol´eculas a trav´es de membranas, o bien para generar movimiento. Tambi´en hay muchas otras familias de prote´ınas que requieren del ATP como regulador alost´erico, en estos casos la energ´ıa de uni´ on de la mol´ecula en el sitio alost´erico produce cambios en la estructura que modifican las caracter´ısticas del sitio activo. Algunas ATPasas transmembranales funcionan como transportadores importando metabolitos requeridos en el interior de las c´elulas, mientras que otras exportan toxinas y desechos celulares. Un ejemplo de las ATPasas transmembranales es la AT-

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Enz + ATP + H2 O −→ Enz − ATP + H2 O −→ Enz − ADP − Pi −→ Enz + ADP + Pi 1 2 3 Figura 4

Pasa de hidr´ogeno-potasio que acidifica el interior del est´ omago para poder llevar a cabo la digesti´ on, este tipo de transportadores se autofosforilan transfiriendo el fosfato gama del ATP a un aspartato y posteriormente se desfosforilan (hidr´ olisis), estos ciclos de fosforilaci´on-defosforilaci´on genera los cambios conformacionales que permiten la entrada de iones potasio a la c´elulas de la mucosa g´ astrica y la salida de iones de hidr´ogeno al interior del est´ omago. La variedad de ATPasas involucradas en la generaci´on de movimiento es grande, van desde las helicasas que desenredan el DNA, o las chaperonas, que ayudan al plegamiento de las prote´ınas, hasta la actina que est´ a involucrada en varios procesos como la divisi´on celular y la contracci´ on muscular. Se pueden hacer cuatro grandes generalizaciones acerca de las caracter´ısticas de la mayor´ıa de las prote´ınas que utilizan el ATP para generar una fuerza motriz, estas generalizaciones tambi´en aplican para otras ATPasas que ocupan grandes movimientos conformacionales para llevar a cabo su funci´on. En primer lugar, el ATP y un cati´ on divalente se unen a la prote´ına entre dos dominios (o bien entre dos subunidades), donde el sitio de uni´ on a ATP se forma a partir de un conjunto de amino´ acidos que favorecieron el arreglo estructural de reconocimiento del ATP, y se conservaron en prote´ınas de muchos organismos. La uni´ on del ATP entre distintas caras promueve cambios conformacionales que se magnifican en regiones que se mueven como bisagras. Hacer un peque˜ no movimiento en una bisagra puede implicar un movimiento dr´astico en lugares lejanos del sitio de uni´ on. En segundo lugar existe un motivo o regi´ on estructural caracter´ıstico de la uni´ on de los nucle´ otidos de adenosina que es un rizo muy flexible rico en glicinas (tambi´en llamado rizo-P, o P-loop), el cual forma puentes de hidr´ogeno con los grupos fosfato del ATP a trav´es de las amidas del esqueleto pept´ıdico. En la mayor´ıa de las ATPasas, el rizo-P se acompa˜ na de otros amino´ acidos, altamente conservados en cada familia de prote´ınas, que est´ an involucrados en la uni´ on de la adenina.

En tercer lugar, suele existir un residuo ´acido muy conservado que permite acomodar y activar una mol´ecula de agua para que se realice la transferencia del fosfato gama del ATP. Por u ´ltimo, para que estas prote´ınas lleven a cabo su funci´on, debe poder detectar la diferencia entre ATP y sus distintos productos de fosforilaci´on; esta acci´on se lleva a cabo ya sea por la interacci´on directa entre un residuo de carga positiva y el fosfato gama del ATP, o bien, indirectamente a trav´es de un residuo con carga negativa que se une a un cati´ on divalente (Mg2+ normalmente) en contacto con el fosfato γ. Evoluci´ on de prote´ınas y el ATP El estudio de genomas completos de Bacterias, Archeobaterias y Eucariotes ha permitido proponer que el plegamiento de las primeras prote´ınas corresponde al de las hidrolasas de nucle´ otidos trifosfato. Dicho plegamiento consiste de tres capas, una hoja beta rodeada por alfas h´elices, y de la presencia de un rizo flexible rico en glicinas (rizo-P) que une a la hoja beta con las h´elices. Estas prote´ınas ancestrales catalizaban reacciones de hidr´olisis, de fosfotransferencia y de s´ıntesis de enlaces Carbono-Nitr´ogeno, en todos los casos con la ayuda de ATP. Sus funciones estaban relacionadas con la interconversi´on, distribuci´ on y producci´on de n´ ucleotidos y cofactores. A ra´ız de estas prote´ınas se origina el metabolismo, muy probablemente a partir de rutas relacionadas a la s´ıntesis de purinas. Ahora bien, no s´ olo este plegamiento requer´ıa ATP, se estima que alrededor del 70 % de las enzimas primitivas usaban ATP como cofactor. Estos an´alisis bastante recientes refuerzan la hip´ otesis del mundo prebi´otico de ARN, estableciendo un escenario donde las primeras enzimas tuvieron que estar relacionadas con la s´ıntesis de nucle´otidos. Actualmente el plegamiento de las hidrolasas de nucle´ otidos trifosfato es muy popular en todos los genomas y est´ a involucrado en muchas rutas metab´olicas, particularmente en el metabolismo de purinas y pirimidinas, as´ı como en la s´ıntesis de clorofila y porfirinas. ATP y v´ıas de se˜ nalizaci´ on celular El ATP adem´ as de tener un papel importante en el metabolismo celular, tambi´en act´ ua como un mensajero intra y extracelular. La c´elula al ser capaz de

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responder a determinados est´ımulos externos, adapta su metabolismo o altera el patr´ on de expresi´ on de genes dando lugar a variaciones en la expresi´ on g´enica. Estas se˜ nales qu´ımicas son cruciales para coordinar las respuestas fisiol´ogicas. La cadena de eventos que convierte una determinada se˜ nal o est´ımulo, en otra se˜ nal o respuesta espec´ıfica se le conoce como transducci´on de la se˜ nal. Se˜ nalizaci´ on intracelular El ATP es empleado por cinasas o fosfotransferasas, prote´ınas encargadas de transferir grupos fosfatos del ATP a una mol´ecula espec´ıfica como l´ıpidos, carbohidratos, amino ´ acidos y nucle´ otidos, en un proceso conocido como fosforilaci´on. La fosforilaci´on de prote´ınas o l´ıpidos de la membrana son una forma com´ un de transducci´on de se˜ nales. Un estimulo externo en la c´elula que sea capaz de inducir la fosforilaci´on de una prote´ına por una cinasa en la membrana celular, puede activar una serie de mecanismos moleculares en el interior de la c´elula que lleven a la activaci´ on de mol´eculas conocidas como segundos mensajeros. Uno de los segundos mensajeros m´as importantes y utilizado por la c´elula es el AMP c´ıclico (AMPc) cuya s´ıntesis depende fundamentalmente del ATP. El AMPc se forma a partir del ATP por la acci´on de la enzima adenilato ciclasa y a su vez es degradado a AMP por la enzima AMPc fosfodiesterasa. Una de las funciones del AMPc en la c´elula es la regulaci´ on de la activaci´ on de genes espec´ıficos a trav´es de prote´ınas cinasas. Investigaciones han demostrado que el aumento del AMPc activa la transcripci´ on de genes espec´ıficos que contienen una secuencia reguladora denominada elemento de respuesta a AMPc o CRE . En este caso, la se˜ nal viaja desde el citoplasma al n´ ucleo a trav´es de la subunidad catal´ıtica de la prote´ına cinasa A (PKA), que entra en el n´ ucleo, y fosforila al factor de transcripci´on CREB, activando genes inducidos por AMPc los cuales desempe˜ nan un papel importante en el control de la proliferaci´ on, la supervivencia y la diferenciaci´on de diversos tipos de c´elulas. Adem´ as el AMPc tambi´en puede regular canales i´ onicos independientemente de la fosforilaci´on de las prote´ınas, esto a trav´es del aumento en las concentraciones intracelulares de calcio. Esta forma de transducci´on de se˜ nales es particularmente importante en la funci´on cerebral, aunque est´ a involucrada en la regulaci´ on de multitud de procesos celulares.

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Se˜ nalizaci´ on extracelular El ATP, el adenos´ın difosfato (ADP) o la adenosina son reconocidos por los receptores purin´ergicos. En los seres humanos, esta se˜ nalizaci´on tiene un papel importante tanto en el sistema nervioso central como en el perif´erico. La liberaci´ on de ATP en las sinapsis de los axones y la neurogl´ıa activa los receptores de membrana purin´ergicos conocidos como P2, los cuales juegan un papel importante en procesos celulares como la neurotransmisi´on excitatoria, la funci´on pulmonar, nocicepci´on, audici´on, apoptosis y la agregaci´ on plaquetaria. Los receptores P2 se clasifican en dos clases principales: los receptores P2X y P2Y. Los receptores P2X representan una familia de canales i´ onicos activados por ligando, con permeabilidad a Na+ , K+ y Ca2+ . Los P2Y son receptores acoplados a prote´ınas G (metabotr´opicos) a menudo relacionados con la activaci´ on de fosfolipasa C que modulan el calcio intracelular y los niveles de AMP c´ıclico. Neuromodulaci´ on por ATP Diversas evidencias muestran que las se˜ nales desencadenadas por ATP y adenosina contribuyen a modular la liberaci´ on de algunos neurotransmisores como la acetilcolina, noradrenalina, serotonina, dopamina y glutamato. Los mecanismos de respuesta propuestos son: la activaci´ on de los receptores P2X quienes permiten que el Ca2+ ingrese en la c´elula, incrementando las concentraciones intracelulares y favoreciendo la liberaci´ on del neurotransmisor. En el caso de los receptores P2Y, cuando ´estos se estimulan, se generan segundos mensajeros a trav´es de la activaci´ on de prote´ınas G. La formaci´on de IP3 y la movilizaci´on de Ca2+ pueden estimular una variedad de v´ıas de se˜ nalizaci´on que incluyen la proteincinasa C (PKC), la fosfolipasa A2 (PLA2), los canales de K+ dependientes de Ca2+ , la ´oxido n´ıtrico sintasa y la generaci´on de ´oxido n´ıtrico. El diacilglicerol (DAG), a su vez, puede tambi´en estimular a la PKC, que activa, entre otras, las prote´ına cinasas activadas por mit´ ogenos (MAPK) favoreciendo el flujo de Ca2+ al interior de la c´elula v´ıa canales de Ca2+ activados por voltaje. Como se puede apreciar son diferentes las v´ıas que los receptores purin´ergicos pueden emplear para llevar a cabo sus funciones, siendo ´estas s´ olo algunas de las muchas formas que pueden activarse tras su estimulaci´on (Galindo and Flores 2006).

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Receptores para ATP en algunas enfermedades del Sistema Nervioso Los receptores de nucle´ otido y nucle´ osido participan en enfermedades del sistema nervioso central y perif´erico. Se ha observado que tras un estado de estr´es metab´ olico, isquemia o traumatismo cerebral, existe una liberaci´ on de ATP al espacio extracelular. El ATP act´ ua a trav´es de la activaci´ on de los receptores purin´ergicos, incrementando las concentraciones intracelulares de calcio, lo que induce la activaci´ on de una serie de mecanismos moleculares que puede desencadenar en la muerte de la c´elula. En c´elulas granulosas de cerebelo, se ha observado que el ATP act´ ua como un mediador de la muerte neuronal debido a que ocasiona inflamaci´on celular, liberaci´ on de deshidrogenasa l´ actica y fragmentaci´ on nuclear, por lo que en este tipo de c´elulas el ATP liberado o sacado de las rutas metab´ olicas normales debido a una lesi´on puede participar en eventos neuronales degenerativos. Cuando se lesionan las neuronas de la m´edula espinal, se incrementa la expresi´ on del receptor P2X7; sin embargo, cuando este receptor se bloquea, se favorece la recuperaci´ on funcional y disminuye la muerte celular en la zona peritraum´ atica. As´ı, diversos hallazgos indican que el receptor P2X7 juega un papel importante en la inducci´on de mecanismos de apoptosis en las c´elulas neuronales y que quiz´a, la interferencia del sistema ATP´ergico excitatorio, es decir el bloqueo de los receptores P2X7 podr´ıa proveer neuroprotecci´on en los casos de isquemia cerebral.

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Enfermedades mitocondriales Las enfermedades mitocondriales se deben principalmente a un defecto en la capacidad de la regulaci´on de la s´ıntesis de ATP celular. Estas enfermedades tienen una incidencia considerable en la poblaci´on, se presentan como enfermedades multisist´emicas y afectan a tejidos con alta demanda energ´etica, frecuentemente m´ usculo y sistema nervioso. Por ello, las citopat´ıas mitocondriales ocasionan trastornos muy graves, en general producen s´ındromes neurodegenerativos asociados a encefalomiopat´ıas como el s´ındrome de Leigh (LS), una encefalopat´ıa subcortical progresiva, el s´ındrome de Kearns-Sayre (KSS), el s´ındrome de Pearson, la atrofia ´optica de Leber (LHON), la neuropat´ıa, ataxia y retinitis pigmentosa (NARP), la epilepsia miocl´onica con fibras rojo rasgadas (MERRF) y la encefalomiopat´ıa mitocondrial con acidosis l´ actica y accidentes cerebrovasculares (MELAS). La disfunci´on mitocondrial tambi´en se ha asociado a entidades neurodegenerativas de alta incidencia, como las enfermedades de Alzheimer, Huntington y Parkinson. Lecturas recomendadas 1. Voet D. y Voet, J. G., Bioqu´ımica. M´edica Panamericana, Buenos Aires, Argentina. 2006. 2. Nelson, D. L. y Cox, M. M., Lehninger Principios de Bioqu´ımica. Ediciones Omega, Barcelona. 2008. cs