ATP (ADENOZINO TRIFOSFATAS): STRUKTŪRA, FUNKCIJOS, HIDROLIZĖ - BIOLOGIJA - 2025

ATP (adenozino trifosfatas) yra organinė molekulė, su didelės energijos obligacijų sudaryta iš tam tikro adenino, ribozės ir trijų fosfato grupių žiedas. Jis vaidina pagrindinį vaidmenį metabolizme, nes transportuoja energiją, reikalingą tam, kad ląsteliniai procesai galėtų efektyviai veikti.

Jis plačiai žinomas kaip terminas „energetinė valiuta“, nes jo formavimas ir naudojimas vyksta lengvai, tai leidžia greitai „susimokėti“ už chemines reakcijas, kurioms reikalinga energija.

Šaltinis: Vartotojo: „Mysid“ (Savarankiškai sukurta „bkchem“; redaguota perlų kalba), „Via Wikimedia Commons“

Nors plika akimi esanti molekulė yra maža ir paprasta, ji savo ryšiuose kaupia nemažą energijos kiekį. Fosfato grupės turi neigiamus krūvius, kurie yra nuolat atstumiami, todėl tai tampa labiliu, lengvai sulaužomu ryšiu.

ATP hidrolizė yra molekulės irimas dėl vandens. Šiuo procesu išsiskiria esanti energija.

Yra du pagrindiniai ATP šaltiniai: fosforilinimas substrato lygyje ir oksidacinis fosforilinimas, pastarasis yra svarbiausias ir labiausiai naudojamas ląstelėje.

Oksidacinis fosforilinimas sujungia FADH ₂ ir NADH + H ⁺ oksidaciją mitochondrijose, o fosforilinimas substrato lygmenyje vyksta už elektronų pernešimo grandinės ribų, tokiais būdais kaip glikolizė ir trikarboksirūgšties ciklas.

Ši molekulė yra atsakinga už energijos tiekimą, reikalingą daugumai procesų, vykstančių ląstelės viduje, pradedant baltymų sinteze ir baigiant judėjimu. Be to, tai leidžia molekulėms judėti per membranas ir veikia signalizuodama ląsteles.

Struktūra

ATP, kaip rodo jo pavadinimas, yra nukleotidas su trimis fosfatais. Ypatinga jo struktūra, būtent du pirofosfato ryšiai, daro jį junginiu, kuriame gausu energijos. Jį sudaro šie elementai:

- Azoto bazė, adeninas. Azoto bazės yra cikliniai junginiai, kurių struktūroje yra vienas ar daugiau azoto. Taip pat juos randame kaip nukleorūgščių, DNR ir RNR komponentus.

- Ribose yra molekulės centre. Tai yra pentozės tipo cukrus, nes jame yra penki anglies atomai. Jo cheminė formulė yra C ₅ H ₁₀ O ₅ . Ribozės anglis 1 yra pritvirtinta prie adenino žiedo.

- Trys fosfato radikalai. Paskutiniosios dvi yra „didelės energijos jungtys“ ir grafinėse struktūrose vaizduojamos pakreipimo simboliu: ~. Fosfato grupė yra viena iš svarbiausių biologinėse sistemose. Trys grupės yra vadinamos alfa, beta ir gama, nuo artimiausios iki tolimiausios.

Šis ryšys yra labai labilus, todėl greitai, lengvai ir spontaniškai dalijasi, kai to reikalauja fiziologinės kūno sąlygos. Taip atsitinka todėl, kad neigiami trijų fosfatų grupių krūviai nuolat bando nutolti vienas nuo kito.

funkcijos

ATP vaidina nepakeičiamą vaidmenį beveik visų gyvų organizmų energijos apykaitoje. Dėl šios priežasties ji dažnai vadinama energijos valiuta, nes ją galima nuolat išleisti ir papildyti vos per kelias minutes.

Tiesiogiai ar netiesiogiai ATP teikia energijos šimtams procesų, be to, kad veikia kaip fosfato donoras.

Apskritai, ATP veikia kaip signalinė molekulė procesuose, vykstančiuose ląstelės viduje, būtina sintetinti DNR ir RNR komponentus, o kitų biomolekulių sintezei jis dalyvauja prekyboje per membranos, be kita ko.

ATP panaudojimą galima suskirstyti į pagrindines kategorijas: molekulių transportavimas per biologines membranas, įvairių junginių sintezė ir galiausiai mechaninis darbas.

ATP funkcijos yra labai plačios. Be to, jis dalyvauja tiek daug reakcijų, kad neįmanoma jų visų įvardinti. Todėl aptarsime tris konkrečius pavyzdžius, kurie parodytų kiekvieną iš trijų paminėtų naudojimo būdų.

Energijos tiekimas natrio ir kalio transportavimui per membraną

Ląstelė yra labai dinamiška aplinka, kuriai reikia išlaikyti specifines koncentracijas. Dauguma molekulių nepatenka į ląstelę atsitiktinai ar atsitiktinai. Kad molekulė ar medžiaga galėtų patekti, tai turi padaryti jo specialus pernešėjas.

Nešikliai yra membraną apimantys baltymai, veikiantys kaip ląstelių „prižiūrėtojai“, kontroliuojantys medžiagų srautą. Todėl membrana yra pusiau pralaidi: ji leidžia vieniems junginiams patekti, o kitiems - ne.

Vienas žinomiausių pernešimų yra natrio-kalio pompa. Šis mechanizmas klasifikuojamas kaip aktyvusis transportas, nes jonai juda atsižvelgiant į jų koncentracijas ir vienintelis būdas šį judėjimą atlikti yra energijos įvedimas į sistemą ATP pavidalu.

Manoma, kad trečdalis ląstelėje suformuoto ATP yra naudojamas palaikyti siurblį aktyvų. Natrio jonai nuolat pumpuojami iš ląstelės, o kalio jonai pumpuojami atvirkštine kryptimi.

Logiška, kad ATP naudojimas neapsiriboja natrio ir kalio transportavimu. Yra ir kitų jonų, tokių kaip kalcis, magnis, be kurių, norint įeiti, reikia šios energijos valiutos.

Dalyvavimas baltymų sintezėje

Baltymų molekulės yra sudarytos iš aminorūgščių, sujungtų peptidinėmis jungtimis. Norint juos suformuoti, reikia nutraukti keturis aukštos energijos ryšius. Kitaip tariant, nemažas skaičius ATP molekulių turi būti hidrolizuotas, kad susidarytų vidutinio ilgio baltymai.

Baltymų sintezė vyksta struktūrose, vadinamose ribosomomis. Jie sugeba suprasti kodą, kurį turi pasiuntinio RNR, ir paversti jį aminorūgščių seka, nuo ATP priklausančiu procesu.

Aktyviausiose ląstelėse baltymų sintezė gali nukreipti iki 75% šiame svarbiame darbe susintetinto ATP.

Kita vertus, ląstelė ne tik sintezuoja baltymus, jai taip pat reikia lipidų, cholesterolio ir kitų būtinų medžiagų, ir tam reikalinga energija, esanti ATP ryšiuose.

Suteikite energijos judėjimui

Mechaninis darbas yra viena iš svarbiausių ATP funkcijų. Pavyzdžiui, tam, kad mūsų kūnas galėtų atlikti raumenų skaidulų susitraukimą, reikalingas didelis energijos kiekis.

Raumenų raumenyse cheminė energija gali būti paversta mechanine energija, nes baltymai gali būti pertvarkyti, nes jie gali susitraukti. Šių konstrukcijų ilgis yra modifikuotas, sutrumpinamas, o tai sukuria įtampą, kuri virsta judesio generacija.

Kituose organizmuose ląstelių judėjimas taip pat vyksta dėl ATP. Pvz., Naudojant ATP, atsiranda judėjimas cilia ir flagella, kurie leidžia išstumti tam tikrus vienaląsčius organizmus.

Kitas ypatingas judesys yra amebinis, susijęs su pseudopodo išsikišimu ląstelės galuose. Keletas ląstelių tipų naudoja šį lokalizacijos mechanizmą, įskaitant leukocitus ir fibroblastus.

Lytinių ląstelių judėjimas yra būtinas norint veiksmingai vystytis embrionui. Embrioninės ląstelės nukeliavo didelius atstumus nuo savo kilmės vietos iki regiono, kuriame turi atsirasti specifinės struktūros.

Hidrolizė

ATP hidrolizė yra reakcija, kurios metu molekulė suyra dėl vandens. Reakcija vaizduojama taip:

ATP + vanduo ⇋ ADP + P _i + energija. Kur terminas P _i nurodo į neorganinio fosfato grupės ir ADP adenozino difosfato. Atminkite, kad reakcija yra grįžtama.

ATP hidrolizė yra reiškinys, susijęs su didžiulio energijos išsiskyrimu. Bet kurio iš pirofosfato jungčių nutrūkimas lemia 7 kcal viename molyje - būtent 7,3 iš ATP į ADP ir 8,2 - gaminant adenozino monofosfatą (AMP) iš ATP. Tai prilygsta 12 000 kalorijų vienam moliui ATP.

Kodėl atsiranda šis energijos išsiskyrimas?

Kadangi hidrolizės produktai yra daug stabilesni nei pradinis junginys, tai yra ATP.

Reikia paminėti, kad tik hidrolizė, vykstanti ant pirofosfato jungčių, kad susidarytų ADP arba AMP, lemia energijos generavimą dideliais kiekiais.

Kitų molekulių jungčių hidrolizė nesuteikia tiek daug energijos, išskyrus neorganinio pirofosfato, kuris turi daug energijos, hidrolizę.

Iš šių reakcijų išsiskirianti energija naudojama metabolinėms reakcijoms ląstelės viduje vykdyti, nes daugeliui šių procesų reikia energijos, kad jie galėtų veikti tiek pradiniuose skilimo kelių etapuose, tiek junginių biosintezėje. .

Pvz., Vykstant gliukozės metabolizmui, pradiniai žingsniai apima molekulės fosforilinimą. Atliekant šiuos veiksmus sukuriamas naujas ATP, siekiant gauti teigiamą grynąjį pelną.

Energetiniu požiūriu yra ir kitų molekulių, kurių išsiskyrimo energija yra didesnė nei ATP, įskaitant 1,3-bisfosfogliceridą, karbamilfosfatą, kreatinino fosfatą ir fosfoenolpiruvatu.

ATP gavimas

ATP galima gauti dviem būdais: oksidaciniu fosforilinimu ir fosforilinimu substrato lygyje. Pirmajam reikia deguonies, o antrajam - ne. Apie 95% ATP susidaro mitochondrijose.

Oksidacinis fosforilinimas

Oksidacinis fosforilinimas apima dviejų fazių maistinių medžiagų oksidacijos procesą: gaunant redukuotus koenzimus NADH ir FADH _2, gautus iš vitaminų.

Norint sumažinti šias molekules, reikia naudoti vandenilį iš maistinių medžiagų. Riebaluose koenzimų gamyba yra nepaprasta, nes jie turi didžiulį kiekį vandenilio, palyginti su peptidais ar angliavandeniais.

Nors yra keli kofermento gamybos būdai, svarbiausias būdas yra Krebs ciklas. Vėliau redukuoti kofermentai koncentruojami kvėpavimo grandinėse, esančiose mitochondrijose, kurios perkelia elektronus į deguonį.

Elektronų pernešimo grandinė sudaryta iš membranoje sujungtų baltymų, kurie siurbia protonus (H +) į išorę (žr. Paveikslėlį). Šie protonai patenka į membraną ir vėl kerta ją per kitą baltymą - ATP sintazę, atsakingą už ATP sintezę.

Kitaip tariant, mes turime sumažinti kofermentus, daugiau ADP ir deguonies sukuria vandenį ir ATP.

Šaltinis: Autorius Bustamante Yess, iš „Wikimedia Commons“

Pagrindo lygio fosforilinimas

Fosforilinimas substrato lygyje nėra toks svarbus kaip aukščiau aprašytas mechanizmas ir, kadangi tam nereikia deguonies molekulių, jis dažnai susijęs su fermentacija. Tokiu būdu, nors jis yra labai greitas, išeina mažai energijos, jei lygintume jį su oksidacijos procesu, jis būtų maždaug penkiolika kartų mažesnis.

Mūsų kūne fermentacijos procesai vyksta raumenų lygiu. Šis audinys gali veikti be deguonies, todėl gali būti, kad gliukozės molekulė suskaidoma į pieno rūgštį (pavyzdžiui, kai mes užsiimame visa apimančia sportine veikla).

Fermentacijos metu galutinis produktas vis dar turi energijos potencialą, kurį galima išgauti. Fermentuojant raumenis, pieno rūgšties angliavandenilių redukcija yra tokia pati kaip pradinės molekulės: gliukozės.

Taigi, energijos gamyba vyksta formuojant molekules, turinčias didelės energijos ryšius, įskaitant 1,3-bisfosfogliceridą ir fosfoenolpiruvatą.

Pvz., Atliekant glikolizę, šių junginių hidrolizė yra susijusi su ATP molekulių gamyba, taigi terminas „substrato lygyje“.

ATP ciklas

ATP niekada nėra saugomas. Tai yra nenutrūkstamas naudojimo ir sintezės ciklas. Tai sukuria pusiausvyrą tarp susidariusio ATP ir jo hidrolizuoto produkto ADP.

Šaltinis: Muessig, iš „Wikimedia Commons“

Kitos energijos molekulės

ATP nėra vienintelė molekulė, susidedanti iš nukleozido bisfosfato, kuri egzistuoja ląstelių metabolizme. Yra nemažai molekulių, kurių struktūros yra panašios į ATP, turinčios panašų elgesį su energija, nors jos nėra tokios populiarios kaip ATP.

Ryškiausias pavyzdys yra GTP, guanozino trifosfatas, kuris naudojamas gerai žinomam Krebso ciklui ir gliukoneogeniniam keliui. Kiti mažiau naudojami yra CTP, TTP ir UTP.

Nuorodos

1. Guyton, AC, ir Hall, JE (2000). Žmogaus fiziologijos vadovėlis.
2. Salė, JE (2017). Gytono E salės traktatas apie medicinos fiziologiją. Elsevier Brazilija.
3. Hernandez, AGD (2010). Straipsnis apie mitybą: maisto produktų sudėtis ir maistinė kokybė. Panamerican Medical Ed.
4. Lim, MANAS (2010). Svarbiausios medžiagų apykaitos ir mitybos savybės. Elsevier.
5. Pratt, CW ir Kathleen, C. (2012). Biochemija. Redakcija El Manual Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Biochemijos pagrindai. Redakcija Médica Panaméricana.