ATP (ADENOSIINITRIFOSFAATTI): RAKENNE, TOIMINNOT, HYDROLYYSI - BIOLOGIA - 2026

ATP (adenosiinitrifosfaatti) on orgaaninen molekyyli, jolla on suuri energia sidoksia muodostuu rengas adeniinin, riboosi ja kolme fosfaattiryhmiä. Sillä on perustavanlaatuinen rooli aineenvaihdunnassa, koska se kuljettaa tarvittavaa energiaa sarjan soluprosessien pitämiseksi tehokkaana.

Se tunnetaan laajasti termillä "energiavaluutta", koska sen muodostuminen ja käyttö tapahtuu helposti, jolloin se pystyy nopeasti "maksamaan" energiaa vaativista kemiallisista reaktioista.

Lähde: Käyttäjän mukaan: Mysid (itse tehty bkchemissä; toimitettu perli.), Wikimedia Commons

Vaikka paljaalla silmällä oleva molekyyli on pieni ja yksinkertainen, se varastoi huomattavan määrän energiaa sidoksiinsa. Fosfaattiryhmillä on negatiivisia varauksia, jotka ovat jatkuvassa heikentymisessä, mikä tekee siitä labiilin sidoksen, joka helposti murtuu.

ATP: n hydrolyysi on molekyylin hajoamista veden läsnä ollessa. Tämän prosessin avulla sisältämä energia vapautuu.

ATP: llä on kaksi päälähdettä: fosforylaatio substraattitasolla ja oksidatiivinen fosforylaatio, jälkimmäinen on solun tärkein ja eniten käyttämä.

Oksidatiivisen fosforylaation parit hapetus FADH ₂ ja NADH + H ⁺ mitokondrioissa ja fosforylaatio substraatin tasolla tapahtuu ulkopuolella elektroninsiirtoketju, reitteihin, kuten glykolyysin ja trikarboksyylihappokicrron.

Tämän molekyylin tehtävänä on tuottaa tarvittava energia suurimmalle osalle solun sisällä tapahtuvista prosesseista, proteiinisynteesistä liikkeeseen. Lisäksi se sallii molekyylien liikenteen membraanien läpi ja toimii solujen signaloinnissa.

Rakenne

ATP, kuten nimensä viittaa, on nukleotidi, jossa on kolme fosfaattia. Sen erityinen rakenne, erityisesti kaksi pyrofosfaattisidosta, tekevät siitä energiarikkaan yhdisteen. Se koostuu seuraavista osista:

- Typpipitoinen emäs, adeniini. Typpiemäkset ovat syklisiä yhdisteitä, joiden rakenteessa on yksi tai useampi typpi. Löydämme ne myös komponenteina nukleiinihapoissa, DNA: ssa ja RNA: ssa.

- Ribose sijaitsee molekyylin keskellä. Se on pentoosityyppinen sokeri, koska siinä on viisi hiiliatomia. Sen kemiallinen kaava on C ₅ H ₁₀ O ₅. Riboosin hiili 1 on kiinnitetty adeniinirenkaaseen.

- Kolme fosfaattiradikaalia. Kaksi viimeksi mainittua ovat "korkean energian sidoksia", ja ne esitetään graafisissa rakenteissa kallistusmerkillä: ~. Fosfaattiryhmä on yksi tärkeimmistä biologisissa järjestelmissä. Kolmea ryhmää kutsutaan alfa-, beeta- ja gamma-alueiksi lähimmästä kauimpaan.

Tämä yhteys on hyvin labiili, joten se jakautuu nopeasti, helposti ja spontaanisti, kun organismin fysiologiset olosuhteet sitä edellyttävät. Tämä tapahtuu, koska kolmen fosfaattiryhmän negatiiviset varaukset yrittävät jatkuvasti siirtyä toisistaan.

ominaisuudet

ATP: llä on välttämätön rooli käytännössä kaikkien elävien organismien energianvaihdunnassa. Tästä syystä sitä kutsutaan usein energiavaluuttana, koska sitä voidaan käyttää jatkuvasti ja täydentää vain muutamassa minuutissa.

Suoraan tai epäsuorasti ATP tarjoaa energiaa satoja prosesseja varten sen lisäksi, että se toimii fosfaatinluovuttajana.

Yleensä ATP toimii signaloivana molekyylinä solun sisällä tapahtuvissa prosesseissa, on välttämätöntä syntetisoida DNA: n ja RNA: n komponentit ja muiden biomolekyylien syntetisoimiseksi se osallistuu ihmiskauppaan kalvot, mm.

ATP: n käyttö voidaan jakaa pääkategorioihin: molekyylien kuljettaminen biologisten kalvojen läpi, erilaisten yhdisteiden synteesi ja lopuksi mekaaninen työ.

ATP: n toiminnot ovat erittäin laajat. Lisäksi se on mukana niin monissa reaktioissa, että olisi mahdotonta nimetä niitä kaikkia. Siksi keskustelemme kolmesta erityisestä esimerkistä esimerkkinä kaikista kolmesta mainitusta käyttötavasta.

Energian saanti natriumin ja kaliumin kuljettamiseen kalvon läpi

Solu on erittäin dynaaminen ympäristö, joka vaatii tiettyjen pitoisuuksien ylläpitämisen. Useimmat molekyylit eivät pääse soluun satunnaisesti tai sattumanvaraisesti. Jotta molekyyli tai aine pääsee sisään, sen on tehtävä se erityisellä kuljettimellaan.

Kuljettajat ovat kalvoa kattavia proteiineja, jotka toimivat solun "portinvartijoina" ja säätelevät materiaalien virtausta. Siksi kalvo on puoliläpäisevä: se sallii tiettyjen yhdisteiden pääsyn, toiset eivät.

Yksi tunnetuimmista kuljetuksista on natrium-kaliumpumppu. Tämä mekanismi on luokiteltu aktiiviseksi kuljetukseksi, koska ionien liikettä tapahtuu niiden pitoisuuksia vastaan ​​ja ainoa tapa suorittaa tämä liike on energian tuominen järjestelmään ATP: n muodossa.

On arvioitu, että kolmasosaa solussa muodostuneesta ATP: stä käytetään pitämään pumppu aktiivisena. Natriumioneja pumpataan jatkuvasti solusta, kun taas kaliumioneja pumpataan vastakkaiseen suuntaan.

Loogisesti, ATP: n käyttö ei rajoitu natriumin ja kaliumin kuljetukseen. On muitakin ioneja, kuten kalsium, magnesium, muun muassa, jotka tarvitsevat tämän energiavaluutan päästäkseen sisään.

Osallistuminen proteiinisynteesiin

Proteiinimolekyylit koostuvat aminohapoista, jotka on kytketty toisiinsa peptidisidoksilla. Niiden muodostaminen vaatii neljän korkean energian sidoksen hajottamisen. Toisin sanoen huomattavan määrän ATP-molekyylejä täytyy hydrolysoida keskipitkän pituisen proteiinin muodostamiseksi.

Proteiinisynteesi tapahtuu rakenteissa, joita kutsutaan ribosomeiksi. Ne kykenevät tulkitsemaan lähetti-RNA: n koodin ja kääntämään sen aminohapposekvenssiksi, joka on ATP-riippuvainen prosessi.

Aktiivisimmissa soluissa proteiinisynteesi voi ohjata jopa 75% tässä tärkeässä työssä syntetisoidusta ATP: stä.

Toisaalta, solu ei vain syntetisoi proteiineja, se tarvitsee myös lipidejä, kolesterolia ja muita välttämättömiä aineita, ja siihen tarvitaan ATP-sidosten sisältämää energiaa.

Tarjoa energiaa liikkumista varten

Mekaaninen työ on yksi ATP: n tärkeimmistä toiminnoista. Esimerkiksi, jotta kehomme pystyisi suorittamaan lihaskuitujen supistumisen, suurten määrien energian saatavuus on välttämätöntä.

Lihasten kemiallinen energia voidaan muuntaa mekaaniseksi energiaksi proteiinien uudelleenorganisoinnin ansiosta, joka kykenee supistamaan sen. Näiden rakenteiden pituutta muutetaan, lyhennetään, mikä luo jännityksen, joka muuttuu liikkumisen synnyksi.

Muissa organismeissa solujen liikkuminen tapahtuu myös ATP: n läsnäolon ansiosta. Esimerkiksi silikoiden ja silmien liikkuminen, joka sallii tiettyjen yksisoluisten organismien siirtymisen, tapahtuu ATP: n avulla.

Toinen erityinen liike on amööbinen, johon liittyy pseudopodin ulkonema solun päissä. Useat solutyypit käyttävät tätä liikkumismekanismia, mukaan lukien leukosyytit ja fibroblastit.

Sukusoluissa liikkuminen on välttämätöntä alkion tehokkaalle kehitykselle. Alkion solut kulkevat tärkeät etäisyydet lähtöpaikastaan ​​alueelle, josta niiden on oltava peräisin tietyistä rakenteista.

Hydrolyysi

ATP: n hydrolyysi on reaktio, johon sisältyy molekyylin hajoaminen veden läsnä ollessa. Reaktio esitetään seuraavasti:

ATP + vesi ⇋ ADP + P _i + energia. Missä termi P _i tarkoittaa epäorgaanista fosfaattiryhmää ja ADP on adenosiinidifosfaatti. Huomaa, että reaktio on palautuva.

ATP: n hydrolyysi on ilmiö, johon liittyy valtavan määrän energiaa. Minkä tahansa pyrofosfaattisidoksen katkeaminen johtaa 7 kcal: n vapauttamiseen moolia kohti - erityisesti 7,3 ATP: stä ADP: hen ja 8,2: n tuottamiseen adenosiinimonofosfaatin (AMP) ATP: stä. Tämä vastaa 12 000 kaloria / mooli ATP: tä.

Miksi tämä energian vapautuminen tapahtuu?

Koska hydrolyysituotteet ovat paljon vakaampia kuin alkuperäinen yhdiste, ts. ATP.

On syytä mainita, että vain hydrolyysi, joka tapahtuu pyrofosfaattisidoksissa ADP: n tai AMP: n muodostumisen aikaansaamiseksi, johtaa energian tuottamiseen merkittävissä määrin.

Molekyylin muiden sidosten hydrolyysi ei tuota niin paljon energiaa lukuun ottamatta epäorgaanisen pyrofosfaatin hydrolyysiä, jolla on suuri määrä energiaa.

Energian vapautumista näistä reaktioista käytetään metabolisten reaktioiden suorittamiseen solun sisällä, koska monet näistä prosesseista tarvitsevat energiaa toimiakseen sekä hajoamisteiden alkuvaiheissa että yhdisteiden biosynteesissä..

Esimerkiksi glukoosimetaboliossa alkuvaiheet sisältävät molekyylin fosforyloinnin. Seuraavissa vaiheissa luodaan uusi ATP positiivisen nettotuloksen saamiseksi.

Energian kannalta on muita molekyylejä, joiden vapautumisenergia on suurempi kuin ATP: n, mukaan lukien 1,3-bisfosfoglyseraatti, karbamyylifosfaatti, kreatiniinifosfaatti ja fosfoenolipyruvaatti.

ATP: n hankkiminen

ATP voidaan saada kahdella tavalla: oksidatiivinen fosforylaatio ja fosforylaatio substraattitasolla. Entinen vaatii happea, kun taas jälkimmäinen ei. Noin 95% muodostuneesta ATP: stä tapahtuu mitokondrioissa.

Oksidatiivinen fosforylaatio

Hapettavaan fosforylaatioon sisältyy kaksivaiheinen ravintoaineiden hapetusprosessi: vitamiinien johdettujen pelkistettyjen koentsyymit NADH ja FADH ₂ saaminen.

Näiden molekyylien pelkistäminen vaatii vetyjen käyttöä ravintoaineista. Rasvoissa koentsyymien tuotanto on huomattavaa, koska niiden rakenteessa on valtava määrä vetyjä, verrattuna peptideihin tai hiilihydraateihin.

Vaikka koentsyymin tuotantoreittejä on useita, tärkein reitti on Krebs-sykli. Myöhemmin pelkistyneet koentsyymit keskittyvät mitokondrioissa sijaitseviin hengitysketjuihin, jotka siirtävät elektroneja happea.

Elektronien kuljetusketju koostuu sarjasta membraaniin kytkettyjä proteiineja, jotka pumppaavat protoneja (H +) ulkopuolelle (katso kuva). Nämä protonit tulevat sisään ja ylittävät membraanin toisen proteiinin, ATP-syntaasin, avulla, joka vastaa ATP: n synteesistä.

Toisin sanoen meidän on vähennettävä koentsyymejä, enemmän ADP: tä ja happea syntyy vettä ja ATP: tä.

Lähde: Bustamante Yess, Wikimedia Commonsista

Alustan fosforylaatio

Fosforylaatio substraattitasolla ei ole yhtä tärkeä kuin yllä kuvattu mekanismi, ja koska se ei vaadi happimolekyylejä, se liittyy usein käymiseen. Tällä tavalla, vaikka se on erittäin nopea, uutetaan vähän energiaa, jos verrataan sitä hapettumisprosessiin, se olisi noin viisitoista kertaa vähemmän.

Kehossamme käymisprosessit tapahtuvat lihastustasolla. Tämä kudos voi toimia ilman happea, joten on mahdollista, että glukoosimolekyyli hajoaa maitohapoksi (esimerkiksi kun harjoitamme tyhjentävää urheilutoimintaa).

Käymisessä lopputuotteella on edelleen energiapotentiaali, joka voidaan uuttaa. Lihaksessa käymisen yhteydessä maitohapon hiilidioksidit ovat samalla pelkistysasteella kuin alkuperäisen molekyylin: glukoosin.

Siten energiantuotanto tapahtuu muodostamalla molekyylejä, joilla on korkean energian sidoksia, mukaan lukien 1,3-bisfosfoglyraatti ja fosfoenolipyruvaatti.

Esimerkiksi glykolyysissä näiden yhdisteiden hydrolyysi liittyy ATP-molekyylien tuotantoon, tästä syystä termi “substraattitasolla”.

ATP-jakso

ATP: tä ei koskaan tallenneta. Se on jatkuvassa käyttö- ja synteesisyklissä. Tämä luo tasapainon muodostuneen ATP: n ja sen hydrolysoidun tuotteen, ADP: n, välillä.

Lähde: Muessig, Wikimedia Commonsista

Muut energiamolekyylit

ATP ei ole ainoa molekyyli, joka koostuu nukleosidibisfosfaatista ja jota esiintyy solujen aineenvaihdunnassa. On olemassa useita molekyylejä, joiden rakenteet ovat samanlaisia ​​kuin ATP, ja joilla on vastaava energiakäyttäytyminen, vaikka ne eivät ole yhtä suosittuja kuin ATP.

Näkyvin esimerkki on GTP, guanosiinitrifosfaatti, jota käytetään tunnetussa Krebs-syklissä ja glukoneogeenisessä reitissä. Muita vähemmän käytettyjä ovat CTP, TTP ja UTP.

Viitteet

1. Guyton, AC, ja Hall, JE (2000). Ihmisen fysiologian oppikirja.
2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall -tutkimus lääketieteellisestä fysiologiasta. Elsevier Brasilia.
3. Hernandez, AGD (2010). Raportti ravinnosta: Ruokien koostumus ja ravitsemuksellinen laatu. Panamerican Medical Ed.
4. Lim, MINUN (2010). Välttämättömät aineenvaihdunnan ja ravinnon kannalta Elsevier.
5. Pratt, CW, ja Kathleen, C. (2012). Biokemia. Toimituksellinen El Manual Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Biokemian perusteet. Toimittaja Médica Panaméricana.