Plik ATP (trifosforan adenozyny) jest cząsteczką organiczną o wysokoenergetycznych wiązaniach, składającą się z pierścienia adeninowego, rybozy i trzech grup fosforanowych. Odgrywa fundamentalną rolę w metabolizmie, ponieważ transportuje energię niezbędną do wydajnego działania szeregu procesów komórkowych..
Jest szeroko znany pod nazwą „waluta energetyczna”, ponieważ jej tworzenie i wykorzystywanie zachodzi łatwo, co pozwala szybko „zapłacić” za reakcje chemiczne wymagające energii.
Chociaż cząsteczka widziana gołym okiem jest mała i prosta, magazynuje znaczną ilość energii w swoich wiązaniach. Grupy fosforanowe mają ładunki ujemne, które są w ciągłym odpychaniu, co czyni je nietrwałym i łatwo zrywającym się wiązaniem..
Hydroliza ATP to rozpad cząsteczki pod wpływem wody. W tym procesie zawarta energia zostaje uwolniona.
Istnieją dwa główne źródła ATP: fosforylacja na poziomie substratu i fosforylacja oksydacyjna, przy czym ta ostatnia jest najważniejszym i najczęściej wykorzystywanym przez komórkę..
Fosforylacja oksydacyjna łączy utlenianie FADHdwa i NADH + H+ w mitochondriach i na poziomie substratu fosforylacja zachodzi poza łańcuchem transportu elektronów, w szlakach takich jak glikoliza i cykl kwasu trikarboksylowego.
Ta cząsteczka jest odpowiedzialna za dostarczanie energii niezbędnej do większości procesów zachodzących w komórce, od syntezy białek po poruszanie się. Ponadto umożliwia przepływ cząsteczek przez błony i działa na sygnalizację komórkową..
Indeks artykułów
ATP, jak sama nazwa wskazuje, jest nukleotydem z trzema fosforanami. Jego szczególna struktura, w szczególności dwa wiązania pirofosforanowe, czynią go związkiem bogatym w energię. Składa się z następujących elementów:
- Zasada azotowa, adenina. Zasady azotowe to cykliczne związki zawierające w swojej strukturze jeden lub więcej azotu. Znajdujemy je również jako składniki kwasów nukleinowych, DNA i RNA.
- Ryboza znajduje się w środku cząsteczki. Jest to cukier typu pentozy, ponieważ ma pięć atomów węgla. Jego wzór chemiczny to C.5H.10LUB5. Węgiel 1 rybozy jest przyłączony do pierścienia adeninowego.
- Trzy rodniki fosforanowe. Ostatnie dwa to „wiązania wysokoenergetyczne” i są reprezentowane w strukturach graficznych za pomocą symbolu pochylenia: ~. Grupa fosforanowa jest jedną z najważniejszych w systemach biologicznych. Te trzy grupy nazywane są alfa, beta i gamma, od najbliższej do najdalszej.
To ogniwo jest bardzo nietrwałe, więc dzieli się szybko, łatwo i spontanicznie, gdy wymagają tego warunki fizjologiczne organizmu. Dzieje się tak, ponieważ ujemne ładunki trzech grup fosforanowych nieustannie próbują oddalać się od siebie..
ATP odgrywa niezastąpioną rolę w metabolizmie energetycznym praktycznie wszystkich żywych organizmów. Z tego powodu jest często nazywany walutą energetyczną, ponieważ można go stale zużywać i uzupełniać w ciągu zaledwie kilku minut..
Bezpośrednio lub pośrednio ATP dostarcza energię do setek procesów, oprócz tego, że działa jako donor fosforanów.
Generalnie ATP pełni rolę cząsteczki sygnalizacyjnej w procesach zachodzących wewnątrz komórki, niezbędna jest synteza składników DNA i RNA, a do syntezy innych biocząsteczek bierze udział m.in..
Zastosowania ATP można podzielić na główne kategorie: transport cząsteczek przez błony biologiczne, synteza różnych związków i wreszcie praca mechaniczna.
Funkcje ATP są bardzo szerokie. Co więcej, bierze udział w tak wielu reakcjach, że nie sposób wymienić ich wszystkich. Dlatego omówimy trzy konkretne przykłady, aby zilustrować każde z trzech wymienionych zastosowań..
Komórka jest wysoce dynamicznym środowiskiem, które wymaga utrzymania określonych stężeń. Większość cząsteczek nie dostaje się do komórki przypadkowo lub przypadkowo. Aby cząsteczka lub substancja weszła do środka, musi to zrobić za pośrednictwem określonego transportera.
Transportery są białkami obejmującymi błonę, które działają jako „strażnicy” komórek, kontrolując przepływ materiałów. Dlatego membrana jest półprzepuszczalna: pozwala niektórym związkom dostać się, a innym nie..
Jednym z najbardziej znanych środków transportu jest pompa sodowo-potasowa. Mechanizm ten jest klasyfikowany jako transport aktywny, ponieważ ruch jonów następuje wbrew ich stężeniom, a jedynym sposobem wykonania tego ruchu jest wprowadzenie energii do układu w postaci ATP..
Szacuje się, że jedna trzecia ATP utworzonego w komórce jest wykorzystywana do utrzymania aktywności pompy. Jony sodu są stale wypompowywane na zewnątrz komórki, podczas gdy jony potasu są pompowane w przeciwnym kierunku..
Logicznie rzecz biorąc, użycie ATP nie ogranicza się do transportu sodu i potasu. Istnieją inne jony, takie jak między innymi wapń, magnez, które potrzebują tej waluty energetycznej, aby wejść.
Cząsteczki białka składają się z aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi. Utworzenie ich wymaga zerwania czterech wysokoenergetycznych wiązań. Innymi słowy, znaczna liczba cząsteczek ATP musi zostać zhydrolizowana w celu utworzenia białka o średniej długości..
Synteza białek zachodzi w strukturach zwanych rybosomami. Są one zdolne do interpretacji kodu, który ma informacyjny RNA i przetłumaczenia go na sekwencję aminokwasów, proces zależny od ATP..
W najbardziej aktywnych komórkach synteza białek może kierować do 75% ATP syntetyzowanego podczas tej ważnej pracy.
Z drugiej strony komórka nie tylko syntetyzuje białka, ale także lipidy, cholesterol i inne niezbędne substancje, a do tego potrzebuje energii zawartej w wiązaniach ATP..
Praca mechaniczna jest jedną z najważniejszych funkcji ATP. Na przykład, aby nasz organizm mógł skurczyć włókna mięśniowe, niezbędna jest dostępność dużej ilości energii..
W mięśniach energia chemiczna może zostać przekształcona w energię mechaniczną dzięki reorganizacji białek ze zdolnością do kurczenia się, które ją tworzą. Długość tych struktur jest modyfikowana, skracana, co tworzy napięcie, które przekłada się na generowanie ruchu.
W innych organizmach ruch komórek zachodzi również dzięki obecności ATP. Na przykład ruch rzęsek i wici, który umożliwia ruch niektórych organizmów jednokomórkowych, zachodzi dzięki zastosowaniu ATP.
Innym szczególnym ruchem jest ruch amebowy, który polega na wystawaniu rzekomej nóżki na końcach komórki. Kilka typów komórek wykorzystuje ten mechanizm lokomocji, w tym leukocyty i fibroblasty..
W przypadku komórek rozrodczych lokomocja ma zasadnicze znaczenie dla skutecznego rozwoju zarodka. Komórki embrionalne przemieszczają się na znaczne odległości od miejsca swojego pochodzenia do regionu, w którym muszą powstać określone struktury.
Hydroliza ATP to reakcja polegająca na rozpadzie cząsteczki w obecności wody. Reakcja jest przedstawiona w następujący sposób:
ATP + woda ⇋ ADP + Pja + Energia. Gdzie termin Pja odnosi się do nieorganicznej grupy fosforanowej, a ADP to difosforan adenozyny. Zwróć uwagę, że reakcja jest odwracalna.
Hydroliza ATP to zjawisko polegające na uwolnieniu ogromnej ilości energii. Zerwanie któregokolwiek z wiązań pirofosforanowych powoduje uwolnienie 7 kcal na mol - konkretnie 7,3 z ATP do ADP i 8,2 do produkcji monofosforanu adenozyny (AMP) z ATP. Odpowiada to 12 000 kalorii na mol ATP..
Ponieważ produkty hydrolizy są znacznie bardziej stabilne niż początkowy związek, czyli ATP.
Należy wspomnieć, że tylko hydroliza, która zachodzi na wiązaniach pirofosforanowych, powodując powstanie ADP lub AMP, prowadzi do wytworzenia energii w znacznych ilościach.
Hydroliza pozostałych wiązań w cząsteczce nie dostarcza tyle energii, z wyjątkiem hydrolizy nieorganicznego pirofosforanu, który ma dużą ilość energii.
Uwalnianie energii z tych reakcji jest wykorzystywane do przeprowadzania reakcji metabolicznych wewnątrz komórki, ponieważ wiele z tych procesów potrzebuje energii do funkcjonowania, zarówno na początkowych etapach dróg degradacji, jak i podczas biosyntezy związków..
Na przykład w metabolizmie glukozy początkowe etapy obejmują fosforylację cząsteczki. W kolejnych krokach generowany jest nowy ATP, aby uzyskać dodatni zysk netto.
Z energetycznego punktu widzenia istnieją inne cząsteczki, których energia uwalniania jest większa niż ATP, w tym 1,3 bisfosfoglicerynian, karbamylofosforan, fosforan kreatyniny i fosfoenolopirogronian..
ATP można uzyskać dwoma drogami: fosforylacją oksydacyjną i fosforylacją na poziomie substratu. Ta pierwsza wymaga tlenu, a druga nie. Około 95% powstałego ATP występuje w mitochondriach.
Fosforylacja oksydacyjna obejmuje dwufazowy proces utleniania składników odżywczych: uzyskanie zredukowanych koenzymów NADH i FADHdwa pochodzi z witamin.
Redukcja tych cząsteczek wymaga użycia wodoru ze składników odżywczych. W tłuszczach produkcja koenzymów jest niezwykła, dzięki ogromnej ilości wodorów, które mają w swojej strukturze w porównaniu z peptydami czy węglowodanami.
Chociaż istnieje kilka dróg produkcji koenzymu, najważniejszą z nich jest cykl Krebsa. Następnie zredukowane koenzymy są skoncentrowane w łańcuchach oddechowych zlokalizowanych w mitochondriach, które przenoszą elektrony do tlenu..
Łańcuch transportu elektronów składa się z szeregu białek połączonych z błoną, które wypompowują protony (H +) na zewnątrz (patrz zdjęcie). Protony te wnikają i ponownie przekraczają błonę za pośrednictwem innego białka, syntazy ATP, odpowiedzialnej za syntezę ATP.
Innymi słowy, mamy, że redukcja koenzymów, więcej ADP i tlenu generuje wodę i ATP.
Fosforylacja na poziomie substratu nie jest tak ważna, jak mechanizm opisany powyżej, a ponieważ nie wymaga cząsteczek tlenu, często wiąże się z fermentacją. Ta droga, choć bardzo szybka, pobiera mało energii, jeśli porównamy ją z procesem utleniania, byłaby to około piętnaście razy mniej.
W naszym organizmie procesy fermentacyjne zachodzą na poziomie mięśni. Tkanka ta może funkcjonować bez tlenu, więc możliwe jest, że cząsteczka glukozy zostanie zdegradowana do kwasu mlekowego (np. Podczas intensywnych zajęć sportowych).
W przypadku fermentacji produkt końcowy nadal ma potencjał energetyczny, który można wyekstrahować. W przypadku fermentacji w mięśniach węgle w kwasie mlekowym są na tym samym poziomie redukcji, co w początkowej cząsteczce: glukoza.
Zatem produkcja energii zachodzi poprzez tworzenie cząsteczek, które mają wiązania wysokoenergetyczne, w tym 1,3-bisfosfoglian i fosfoenolopirogronian..
Na przykład w glikolizie hydroliza tych związków jest związana z produkcją cząsteczek ATP, stąd termin „na poziomie substratu”.
ATP nigdy nie jest przechowywane. Jest w ciągłym cyklu użytkowania i syntezy. Stwarza to równowagę między utworzonym ATP a jego zhydrolizowanym produktem ADP..
ATP nie jest jedyną cząsteczką złożoną z nukleozydów bisfosforanowych, które istnieją w metabolizmie komórkowym. Istnieje wiele cząsteczek o strukturach podobnych do ATP, które mają porównywalne właściwości energetyczne, chociaż nie są tak popularne jak ATP.
Najbardziej znanym przykładem jest GTP, trifosforan guanozyny, który jest używany w dobrze znanym cyklu Krebsa oraz w szlaku glukoneogennym. Inne rzadziej używane to CTP, TTP i UTP.
Jeszcze bez komentarzy