- Struktur
- Egenskaper
- Energiforsyning for natrium- og kaliumtransport over membranen
- Deltakelse i proteinsyntese
- Gi energi til bevegelse
- Hydrolyse
- Hvorfor skjer denne frigjøringen av energi?
- Innhenting av ATP
- Oksidativ fosforylering
- Substratnivå fosforylering
- ATP-syklus
- Andre energimolekyler
- referanser
Den ATP (adenosin trifosfat) er et organisk molekyl med høy energi bindinger som dannes av en ring av adenin, ribose og tre fosfatgrupper. Det har en grunnleggende rolle i metabolismen, siden den transporterer energien som er nødvendig for å holde en serie av cellulære prosesser fungerer effektivt.
Det er viden kjent under betegnelsen "energivaluta", siden dens dannelse og bruk skjer lett, slik at den raskt kan "betale" for kjemiske reaksjoner som krever energi.
Kilde: Av bruker: Mysid (Selvlaget i bkchem; redigert i perl.), Via Wikimedia Commons
Selv om molekylet med det blotte øye er lite og enkelt, lagrer det en betydelig mengde energi i sine bindinger. Fosfatgrupper har negative ladninger, som er i konstant frastøtning, noe som gjør det til en labil binding som lett brytes.
Hydrolysen av ATP er nedbrytning av molekylet ved tilstedeværelse av vann. Ved denne prosessen frigjøres den inneholdte energien.
Det er to hovedkilder til ATP: fosforylering på substratnivå og oksidativ fosforylering, sistnevnte er den viktigste og den mest brukte av cellen.
Oksidativ fosforylering kobler oksidasjonen av FADH 2 og NADH + H + i mitokondriene, og fosforylering på substratnivået skjer utenfor elektrontransportkjeden, i veier som glykolyse og trikarboksylsyresyklusen.
Dette molekylet er ansvarlig for å tilveiebringe den energien som er nødvendig for de fleste prosesser som skjer inne i cellen som skal finne sted, fra proteinsyntese til bevegelse. I tillegg tillater det trafikk av molekyler gjennom membraner og virker i cellesignalering.
Struktur
ATP er, som navnet tilsier, et nukleotid med tre fosfater. Den spesielle strukturen, spesielt de to pyrofosfatbindene, gjør det til en energirik forbindelse. Den består av følgende elementer:
- En nitrogenholdig base, adenin. Nitrogenbaser er sykliske forbindelser som inneholder ett eller flere nitrogen i strukturen. Vi finner dem også som komponenter i nukleinsyrer, DNA og RNA.
- Ribose er lokalisert i sentrum av molekylet. Det er en sukker fra pentosetypen, da den har fem karbonatomer. Den kjemiske formelen er C 5 H 10 O 5 . Karbon 1 av ribose er festet til adeninringen.
- Tre fosfatradikaler. De to siste er "høye energibindinger" og er representert i de grafiske strukturer av vippesymbolet: ~. Fosfatgruppen er en av de viktigste i biologiske systemer. De tre gruppene kalles alfa, beta og gamma, fra nærmest til lengst.
Denne koblingen er veldig labil, så den deler seg raskt, enkelt og spontant når de fysiologiske forholdene i kroppen berettiger det. Dette skjer fordi de negative ladningene til de tre fosfatgruppene hele tiden prøver å bevege seg fra hverandre.
Egenskaper
ATP spiller en uunnværlig rolle i energimetabolismen til så godt som alle levende organismer. Av denne grunn blir det ofte referert til som en energivaluta, siden den kontinuerlig kan brukes og påfylles på bare noen få minutter.
Direkte eller indirekte gir ATP energi til hundrevis av prosesser, i tillegg til å fungere som fosfatdonor.
Generelt fungerer ATP som et signalmolekyl i prosessene som skjer inne i cellen, det er nødvendig å syntetisere komponentene av DNA og RNA og for syntese av andre biomolekyler deltar den i menneskehandel membraner, blant andre.
Bruken av ATP kan deles inn i hovedkategorier: transport av molekyler gjennom biologiske membraner, syntesen av forskjellige forbindelser og til slutt, mekanisk arbeid.
Funksjonene til ATP er veldig brede. Videre er det involvert i så mange reaksjoner at det ville være umulig å navngi dem alle. Derfor vil vi diskutere tre konkrete eksempler for å eksemplifisere hver av de tre nevnte bruksområdene.
Energiforsyning for natrium- og kaliumtransport over membranen
Cellen er et svært dynamisk miljø som krever å opprettholde spesifikke konsentrasjoner. De fleste molekyler kommer ikke inn i cellen tilfeldig eller ved en tilfeldighet. For at et molekyl eller et stoff skal komme inn, må det gjøre det av den spesifikke transportøren.
Transportører er membranspennende proteiner som fungerer som celle "portvakter", og kontrollerer strømmen av materialer. Derfor er membranen halvgjennomtrengelig: den lar visse forbindelser komme inn og andre ikke.
En av de mest kjente transportene er natrium-kaliumpumpe. Denne mekanismen er klassifisert som en aktiv transport, siden bevegelsen av ioner skjer mot deres konsentrasjoner og den eneste måten å utføre denne bevegelsen er ved å introdusere energi i systemet, i form av ATP.
Det anslås at en tredjedel av ATP som dannes i cellen brukes til å holde pumpen aktiv. Sodiumioner pumpes konstant ut av cellen, mens kaliumioner pumpes i motsatt retning.
Logisk sett er bruken av ATP ikke begrenset til transport av natrium og kalium. Det er andre ioner, for eksempel kalsium, magnesium, som trenger denne energivalutaen for å komme inn.
Deltakelse i proteinsyntese
Proteinmolekyler består av aminosyrer, bundet sammen av peptidbindinger. For å danne dem krever brudd på fire høyenergibindinger. Med andre ord må et betydelig antall ATP-molekyler hydrolyseres for dannelse av et protein av gjennomsnittlig lengde.
Proteinsyntese forekommer i strukturer som kalles ribosomer. Disse er i stand til å tolke koden som messenger-RNA har og oversette den til en aminosyresekvens, en ATP-avhengig prosess.
I de mest aktive cellene kan proteinsyntese rette opp til 75% av ATP som er syntetisert i dette viktige arbeidet.
På den annen side syntetiserer cellen ikke bare proteiner, den trenger også lipider, kolesterol og andre essensielle stoffer, og for å gjøre det krever den energien i ATP-bindingene.
Gi energi til bevegelse
Mekanisk arbeid er en av de viktigste funksjonene til ATP. For at kroppen vår skal kunne utføre sammentrekning av muskelfibre, er tilgjengeligheten av store mengder energi nødvendig.
I muskler kan kjemisk energi transformeres til mekanisk energi takket være omorganiseringen av proteinene med evnen til å trekke seg sammen som danner den. Lengden på disse strukturene er modifisert, forkortet, noe som skaper en spenning som oversettes til generasjon av bevegelse.
I andre organismer skjer bevegelse av celler også takket være tilstedeværelsen av ATP. For eksempel skjer bevegelse av cilia og flagella som tillater fortrengning av visse encellede organismer ved bruk av ATP.
En annen spesiell bevegelse er den amøbe som involverer fremspring av en pseudopod i celleenderne. Flere celletyper bruker denne bevegelsesmekanismen, inkludert leukocytter og fibroblaster.
Når det gjelder kimceller er bevegelse avgjørende for effektiv utvikling av embryoet. Embryonale celler reiser viktige avstander fra opprinnelsesstedet til regionen hvor de må ha sin spesifikke struktur.
Hydrolyse
Hydrolysen av ATP er en reaksjon som innebærer nedbrytning av molekylet ved tilstedeværelse av vann. Reaksjonen er representert som følger:
ATP + Vann ⇋ ADP + P i + energi. Hvor betegnelsen P jeg henviser til uorganisk fosfat-gruppen og ADP er adenosin-difosfat. Merk at reaksjonen er reversibel.
Hydrolyse av ATP er et fenomen som involverer frigjøring av en enorm mengde energi. Brudd på noen av pyrofosfatbindinger resulterer i frigjøring av 7 kcal per mol - spesifikt 7,3 fra ATP til ADP og 8.2 for produksjon av adenosinmonofosfat (AMP) fra ATP. Dette tilsvarer 12.000 kalorier per mol ATP.
Hvorfor skjer denne frigjøringen av energi?
Fordi hydrolyseproduktene er mye mer stabile enn den opprinnelige forbindelsen, det vil si ATP.
Det skal nevnes at bare hydrolysen som oppstår på pyrofosfatbindingen for å gi opphav til dannelse av ADP eller AMP, fører til generering av energi i betydelige mengder.
Hydrolysen av de andre bindingene i molekylet gir ikke så mye energi, med unntak av hydrolysen av uorganisk pyrofosfat, som har en stor mengde energi.
Frigjøring av energi fra disse reaksjonene brukes til å utføre metabolske reaksjoner inne i cellen, siden mange av disse prosessene trenger energi for å fungere, både i de første trinnene for nedbrytningsveiene og i biosyntesen av forbindelser. .
For eksempel i glukosemetabolismen involverer de første trinn fosforylering av molekylet. I de følgende trinn genereres ny ATP for å oppnå et positivt nettoresultat.
Fra energisynspunktet er det andre molekyler hvis frigjøringsenergi er større enn for ATP, inkludert 1,3-bisfosfoglyserat, karbamylfosfat, kreatininfosfat og fosfoenolpyruvat.
Innhenting av ATP
ATP kan oppnås på to måter: oksidativ fosforylering og fosforylering på substratnivå. Førstnevnte krever oksygen mens sistnevnte ikke gjør det. Omtrent 95% av den dannede ATP forekommer i mitokondriene.
Oksidativ fosforylering
Oksidativ fosforylering involverer en tofase næringsoksydasjonsprosess: å oppnå reduserte koenzymer NADH og FADH 2 avledet fra vitaminer.
Reduksjon av disse molekylene krever bruk av hydrogener fra næringsstoffer. I fett er produksjonen av koenzymer bemerkelsesverdig, takket være den enorme mengden hydrogener de har i strukturen, sammenlignet med peptider eller karbohydrater.
Selv om det er flere veier for koenzymproduksjon, er Krebs syklus den viktigste ruten. Deretter konsentreres de reduserte koenzymene i åndedrettskjedene lokalisert i mitokondriene, som overfører elektronene til oksygen.
Elektrontransportkjeden består av en serie membrankoblede proteiner som pumper protoner (H +) til utsiden (se bilde). Disse protonene kommer inn og krysser membranen igjen ved hjelp av et annet protein, ATP-syntase, ansvarlig for syntesen av ATP.
Med andre ord, vi må redusere koenzym, mer ADP og oksygen genererer vann og ATP.
Kilde: Av Bustamante Yess, fra Wikimedia Commons
Substratnivå fosforylering
Fosforylering på substratnivå er ikke så viktig som mekanismen beskrevet ovenfor, og siden den ikke krever oksygenmolekyler, er det ofte forbundet med gjæring. Selv om den er veldig rask, trekker den ut lite energi, hvis vi sammenligner den med oksidasjonsprosessen, vil den være omtrent femten ganger mindre.
I kroppen vår oppstår fermenteringsprosesser på muskelnivå. Dette vevet kan fungere uten oksygen, så det er mulig at et glukosemolekyl nedbrytes til melkesyre (når vi driver med en uttømmende sportsaktivitet, for eksempel).
I gjæringer har sluttproduktet fortsatt energipotensial som kan utvinnes. Når det gjelder fermentering i muskler, er karbonene i melkesyre på samme reduksjonsnivå som for det opprinnelige molekylet: glukose.
Dermed skjer energiproduksjon ved dannelse av molekyler som har høye energibindinger, inkludert 1,3-bisfosfoglyrat og fosfoenolpyruvat.
I glykolyse er for eksempel hydrolysen av disse forbindelsene knyttet til produksjonen av ATP-molekyler, derav uttrykket "på substratnivå".
ATP-syklus
ATP lagres aldri. Det er i en kontinuerlig syklus av bruk og syntese. Dette skaper en balanse mellom den dannede ATP og dets hydrolyserte produkt, ADP.
Kilde: Av Muessig, fra Wikimedia Commons
Andre energimolekyler
ATP er ikke det eneste molekylet som består av nukleosidbisfosfat som finnes i cellulær metabolisme. Det er en rekke molekyler med strukturer som ligner på ATP som har sammenlignbar energeatferd, selv om de ikke er så populære som ATP.
Det mest fremtredende eksemplet er GTP, guanosintrifosfat, som brukes i den velkjente Krebs-syklusen og i den glukoneogene banen. Andre mindre brukte er CTP, TTP og UTP.
referanser
- Guyton, AC, & Hall, JE (2000). Lærebok for menneskelig fysiologi.
- Hall, JE (2017). Guyton E Hall Treatise On Medical Physiology. Elsevier Brasil.
- Hernandez, AGD (2010). Behandling om ernæring: Sammensetning og ernæringsmessig kvalitet på mat. Panamerican Medical Ed.
- Lim, MY (2010). Det viktigste i stoffskifte og ernæring. Elsevier.
- Pratt, CW, & Kathleen, C. (2012). Biokjemi. Redaksjonell El Manual Moderno.
- Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Grunnleggende om biokjemi. Redaksjonell Médica Panaméricana.