ATP (ADENOZIN-TRIFOSZFÁT): SZERKEZET, FUNKCIÓK, HIDROLÍZIS - BIOLÓGIA - 2026

Az ATP (adenozin-trifoszfát) egy nagy energiájú kötésű szerves molekula, amelyet az adenin-, ribóz- és három foszfátcsoport gyűrű alkot. Alapvető szerepet játszik az anyagcserében, mivel szállítja azt az energiát, amely a sejtfolyamatok sorozatának hatékony működéséhez szükséges.

Széles körben ismert az "energia pénzneme", mivel kialakulása és felhasználása könnyen megtörténik, lehetővé téve az energiát igénylő kémiai reakciók gyors fizetését.

Forrás: Felhasználó szerint: Mysid (saját készítésű, bkchemben; szerkesztett perl.), A Wikimedia Commons segítségével

Bár a szabad szemmel rendelkező molekula kicsi és egyszerű, jelentős mennyiségű energiát tárol kötelékeiben. A foszfátcsoportok negatív töltésekkel rendelkeznek, amelyek állandó taszításban vannak, és ez labilis kötésré válik, amely könnyen megszakad.

Az ATP hidrolízise a molekula víz jelenléte általi lebontása. Ennek a folyamatnak a segítségével a felszabaduló energia felszabadul.

Az ATP két fő forrása van: a szubsztrát szintű foszforiláció és az oxidatív foszforiláció, az utóbbi a legfontosabb és a sejt által leginkább használt.

Az oxidatív foszforiláció párosítja a FADH ₂ és a NADH + H ⁺ oxidációját a mitokondriumokban, és a szubsztrát szintjén a foszforiláció az elektronszállító láncon kívül történik, olyan útvonalakban, mint a glikolízis és a trikarbonsav ciklus.

Ez a molekula felelős azért, hogy biztosítsa a sejtben zajló folyamatok többségéhez szükséges energiát, a fehérje szintézistől a mozgásig. Ezenkívül lehetővé teszi a molekulák membránon keresztüli forgalmát és a sejtek jelátvitelében játszik szerepet.

Szerkezet

Az ATP, amint a neve is sugallja, egy nukleotid, három foszfáttal. Különleges szerkezete, különösen a két pirofoszfát-kötés energiatartalmú vegyületté teszi. A következő elemekből áll:

- Nitrogén bázis, adenin. A nitrogénbázisok ciklusos vegyületek, amelyek szerkezetében egy vagy több nitrogént tartalmaznak. A nukleinsavakban, a DNS-ben és az RNS-ben is megtaláljuk őket.

- A Ribose a molekula központjában található. Ez egy pentóz típusú cukor, mivel öt szénatomot tartalmaz. Kémiai képlete C ₅ H ₁₀ O ₅. A ribóz 1. szénatomja az adenin gyűrűhöz kapcsolódik.

- Három foszfátgyök. Az utóbbi kettő a "nagy energiájú kötések", és a grafikus szerkezetekben a tilt szimbólummal vannak ábrázolva: ~. A foszfátcsoport az egyik legfontosabb a biológiai rendszerekben. A három csoportot alfa-, béta- és gamma-nak nevezzük, a legközelebbitől a legtávolabbiig.

Ez a kapcsolat nagyon labilis, így gyorsan, egyszerűen és spontán módon osztódik fel, amikor a test élettani feltételei ezt indokolják. Ennek oka az, hogy a három foszfátcsoport negatív töltése folyamatosan megpróbál távolodni egymástól.

Jellemzők

Az ATP elengedhetetlenül fontos szerepet játszik szinte minden élő szervezet energiacseréjében. Ezen okból gyakran energiapénznek nevezik, mivel néhány perc alatt folyamatosan felhasználható és feltölthető.

Közvetlenül vagy közvetett módon, az ATP energiát szolgáltat több száz folyamathoz, amellett, hogy foszfát donorként működik.

Általánosságban az ATP jelző molekulaként működik a sejt belsejében zajló folyamatokban, szükséges a DNS és az RNS komponenseinek szintetizálása, és más biomolekulák szintézise céljából részt vesz az emberkereskedelemben. membránok, többek között.

Az ATP felhasználását fő kategóriákba lehet sorolni: a molekulák biológiai membránon keresztüli szállítása, különféle vegyületek szintézise és végül a mechanikus munka.

Az ATP funkciói nagyon szélesek. Ezenkívül annyira sok reakcióban vesz részt, hogy lehetetlen mindet megnevezni. Ezért három konkrét példát fogunk megvitatni, amelyek példázzák a három említett felhasználást.

Energiaellátás a nátrium és a kálium transzportjához a membránon keresztül

A cella egy nagyon dinamikus környezet, amely megköveteli a meghatározott koncentrációk fenntartását. A legtöbb molekula véletlenszerűen vagy véletlenszerűen nem lép be a sejtbe. Ahhoz, hogy egy molekula vagy anyag beléphessen, ezt a saját transzporterejének kell megtennie.

A transzporterek membránt átfogó fehérjék, amelyek sejt „kapuőrként” funkcionálnak, és szabályozzák az anyagok áramlását. Ezért a membrán féligáteresztő: lehetővé teszi egyes vegyületek bejutását, mások nem.

Az egyik legismertebb szállítás a nátrium-kálium szivattyú. Ezt a mechanizmust aktív transzportnak kell besorolni, mivel az ionok mozgása a koncentrációikkal szemben történik, és ennek a mozgásnak az egyetlen módja az energia energia bevezetése a rendszerbe, ATP formájában.

Becslések szerint a cellában képződött ATP egyharmadát a szivattyú aktív tartására használják. A nátrium-ionokat folyamatosan szivattyúzzák a cellából, míg a kálium-ionokat fordított irányban.

Logikus szempontból az ATP használata nem korlátozódik a nátrium és a kálium szállítására. Vannak más ionok is, például kalcium, magnézium, amelyeknek szükségük van erre az energia valutára a belépéshez.

Részvétel a fehérje szintézisben

A fehérjemolekulák aminosavakból állnak, amelyeket peptidkötések kötnek össze. Ezek kialakításához négy nagy energiájú kötést kell megbontani. Más szavakkal, jelentős számú ATP-molekulát kell hidrolizálni az átlagos hosszúságú fehérje képződéséhez.

A fehérje szintézis riboszómáknak nevezett struktúrákban zajlik. Ezek képesek értelmezni a messenger RNS kódját, és aminosavszekvenciává alakítani, ami egy ATP-függő folyamat.

A legaktívabb sejtekben a proteinszintézis az e fontos munka során szintetizált ATP 75% -át irányíthatja.

Másrészt, a sejt nemcsak a fehérjéket szintetizálja, hanem lipideket, koleszterint és más alapvető anyagokat is igényel, és ehhez az ATP kötésekben lévő energiára van szükség.

Biztosítson energiát a mozgáshoz

A mechanikus munka az ATP egyik legfontosabb funkciója. Például ahhoz, hogy testünk képes legyen izomrostok összehúzódására, nagy mennyiségű energia rendelkezésre állására van szükség.

Az izomban a kémiai energia mechanikai energiává alakulhat a fehérjék átszervezésének köszönhetően annak képességével, hogy összegyűjtse azt. Ezen struktúrák hosszát módosítják, lerövidítik, ami feszültséget teremt, amely a mozgás generációjához vezet.

Más szervezetekben a sejtek mozgása az ATP jelenlétének is köszönhető. Például, a ciliák és a gömbök mozgása, amely lehetővé teszi egyes egysejtű szervezetek elmozdulását, ATP alkalmazásával történik.

Egy másik speciális mozgás az amőbikus, amely magában foglalja az ál állatok kiemelkedését a sejtvégekben. Számos sejttípus használja ezt a mozgásmechanizmust, beleértve a leukocitákat és a fibroblasztokat.

Csírasejtek esetében a mozgás elengedhetetlen az embrió hatékony fejlődéséhez. Az embrionális sejtek jelentős távolságra haladnak a származási helyüktől a régióig, ahol sajátos struktúráknak kell származniuk.

hidrolízis

Az ATP hidrolízise egy olyan reakció, amelynek során a molekula víz jelenlétével bomlik. A reakciót a következőképpen mutatjuk be:

ATP + víz ⇋ ADP + P _i + energia. Ahol a P _i kifejezés a szervetlen foszfátcsoportra vonatkozik, az ADP pedig az adenozin-difoszfát. Vegye figyelembe, hogy a reakció megfordítható.

Az ATP hidrolízise olyan jelenség, amelyben óriási mennyiségű energia szabadul fel. A pirofoszfát-kötés bármelyikének megszakadása 7 kcal / mól felszabadulást eredményez, pontosabban 7,3 az ATP-ből az ADP-be és 8,2-et az ATP-ből származó adenozin-monofoszfát (AMP) előállításához. Ez 12000 kalóriának felel meg egy mol ATP-nként.

Miért történik ez az energiakibocsátás?

Mivel a hidrolízis termékek sokkal stabilabbak, mint a kiindulási vegyületnél, azaz az ATP-nél.

Meg kell említeni, hogy csak az a hidrolízis, amely a pirofoszfát kötéseken az ADP vagy AMP kialakulását eredményezi, jelentős mennyiségű energiatermelést eredményez.

A molekulában levő többi kötés hidrolízise nem ad annyi energiát, kivéve a nagy mennyiségű energiával rendelkező szervetlen pirofoszfát hidrolízisét.

Az ezekből a reakciókból felszabaduló energiát a sejten belüli anyagcsere-reakciók végrehajtására használják, mivel ezeknek a folyamatoknak sok energiára van szükség a működéshez, mind a degradációs útvonalak kezdeti lépésein, mind a vegyületek bioszintézisénél..

Például a glükóz-anyagcserében a kezdeti lépések a molekula foszforilezésével járnak. A következő lépésekben új ATP jön létre pozitív nettó eredmény elérése érdekében.

Energia szempontjából vannak olyan molekulák, amelyek felszabadulási energiája meghaladja az ATP-t, beleértve az 1,3-bisz-foszfo-glicerátot, karbamil-foszfátot, kreatinin-foszfátot és foszfoenolpiruvátot.

ATP beszerzése

Az ATP kétféle módon nyerhető: oxidatív foszforilezés és foszforilezés a szubsztrát szintjén. Az előbbi oxigént igényel, míg az utóbbi nem. A képződött ATP körülbelül 95% -a a mitokondriumokban fordul elő.

Oxidatív foszforiláció

Az oxidatív foszforiláció kétfázisú tápanyag-oxidációs folyamatot foglal magában: redukált NADH és FADH ₂ koenzimek előállítása a vitaminokból.

Ezen molekulák redukciója tápanyagokból származó hidrogén felhasználását igényli. A zsírokban a koenzimek képződése figyelemre méltó, köszönhetően a szerkezetükben levő hatalmas mennyiségű hidrogénnek a peptidekhez vagy szénhidrátokhoz képest.

Noha a koenzimtermelésnek számos útja van, a Krebs-ciklus a legfontosabb út. Ezt követően a redukált koenzimek a mitokondriumokban található légzőkészülékekben koncentrálódnak, és az elektronok oxigénbe jutnak.

Az elektronszállító lánc egy sor membránhoz kapcsolt fehérjéből áll, amelyek a protonokat (H +) kifelé pumpálják (lásd a képet). Ezek a protonok újra belépnek és áthatolnak a membránon egy másik protein, ATP szintáz segítségével, amely az ATP szintéziséért felel.

Más szavakkal, csökkentenünk kell a koenzimeket, annál több ADP-t és oxigént kell előállítani a víz és az ATP.

Forrás: Bustamante Yess, a Wikimedia Commonsból

Szubsztrát szintű foszforiláció

A szubsztrát szintjén a foszforiláció nem olyan fontos, mint a fentebb leírt mechanizmus, és mivel nem igényel oxigénmolekulákat, gyakran társul a fermentációhoz. Bár ez az út nagyon gyors, kevés energiát nyer ki, ha összehasonlítanánk az oxidációs folyamattal, akkor körülbelül tizenötször kevesebb lenne.

A testünkben az erjedési folyamatok izomszinten zajlanak. Ez a szövet oxigén nélkül képes működni, ezért előfordulhat, hogy egy glükóz-molekula tejsavvá bomlik (amikor például kimerítő sporttevékenységeket végezünk).

Erjesztésnél a végterméknek még mindig van energiája, amelyet kinyerhet. Az izomban történő fermentáció esetén a tejsav szénatomjai ugyanolyan redukciós szinten vannak, mint a kiindulási molekula: a glükóz.

Az energiatermelés tehát olyan molekulák képződésével történik, amelyek nagy energiájú kötést mutatnak, ideértve az 1,3-bisz-foszfo-glicerátot és a foszfoenolpiruvátot.

Például a glikolízis során ezeknek a vegyületeknek a hidrolízise kapcsolódik az ATP-molekulák előállításához, tehát a „szubsztrát szintjén” kifejezés.

ATP ciklus

Az ATP soha nem kerül tárolásra. A felhasználás és szintézis folyamatos ciklusában van. Ez egyensúlyt teremt a képződött ATP és annak hidrolizált terméke, az ADP között.

Forrás: Muessig, a Wikimedia Commonsból

Egyéb energiamolekulák

Az ATP nem az egyetlen, a nukleozid-biszfoszfátból álló molekula, amely a sejtek metabolizmusában létezik. Számos olyan molekula létezik, amelyek szerkezete hasonló az ATP-hez, amelyek hasonló energia viselkedéssel bírnak, bár nem annyira népszerűek, mint az ATP.

A legszembetűnőbb példa a GTP, a guanozin-trifoszfát, amelyet a jól ismert Krebs-ciklusban és a glükoneogén útvonalon alkalmaznak. A kevésbé használt CTP, TTP és UTP.

Irodalom

1. Guyton, AC, és Hall, JE (2000). Az emberi fiziológia tankönyve.
2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall értekezés az orvosi élettanról. Elsevier Brazília.
3. Hernandez, AGD (2010). Tézis a táplálkozásról: Az ételek összetétele és tápanyag-minősége. Panamerican Medical Ed.
4. Lim, MY (2010). A metabolizmus és a táplálkozás alapvető elemei. Elsevier.
5. Pratt, CW és Kathleen, C. (2012). Biokémia. Szerkesztői El Manual Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG és Pratt, CW (2007). A biokémia alapjai. Szerkesztő Médica Panaméricana.