АТП (аденозин трифосфат) структура, функције, хидролиза



Тхе АТП (аденозин трифосфат) је органски молекул са високо енергетским везама састављеним од аденинског прстена, рибозе и три фосфатне групе. Има основну улогу у метаболизму, јер преноси потребну енергију да би одржао низ ћелијских процеса који делују ефикасно.

Широко је познат по термину "енергетска валута", јер се његово формирање и његова употреба одвијају лако, омогућавајући "брзо" плаћање хемијских реакција које захтевају енергију.

Иако је молекул голим оком мали и једноставан, уштеди значајну количину енергије у својим везама. Фосфатне групе имају негативне набоје, који су у сталном одбијању, што га чини лабилном и лако ломљеном везом.

Хидролиза АТП је разградња молекула присуством воде. Кроз овај процес се ослобађа садржана енергија.

Постоје два главна извора АТП-а: фосфорилација на нивоу супстрата и оксидативна фосфорилација, која је најважнија и најчешће коришћена од стране ћелије..

Оксидативна фосфорилација повезује оксидацију ФАДХ2 и НАДХ + Х+ у митохондријима и фосфорилација на нивоу супстрата се дешава изван ланца преноса електрона, на путевима као што су гликолиза и циклус трикарбоксилне киселине.

Овај молекул је одговоран за обезбеђивање енергије потребне за већину процеса који се одвијају унутар ћелије, од синтезе протеина до покретања, да се одржи. Осим тога, омогућава промет молекула кроз мембране и дјелује на сигнализирање ћелија.

Индек

  • 1 Струцтуре
  • 2 Функције
    • 2.1 Снабдевање енергијом за транспорт натријума и калијума кроз мембрану
    • 2.2 Учешће у синтези протеина
    • 2.3 Снабдевање енергијом за кретање
  • 3 Хидролиза
    • 3.1 Зашто долази до ослобађања енергије?
  • 4 Добијање АТП-а
    • 4.1 Оксидативна фосфорилација
    • 4.2 Фосфорилација на нивоу супстрата
  • 5 АТП циклус
  • 6 Остали енергетски молекули
  • 7 Референце

Структура

АТП, као што му име каже, је нуклеотид са три фосфата. Његова посебна структура, посебно двије пирофосфатне везе, чине је спојем богатим енергијом. Састоји се од следећих елемената:

- Азотна база, аденин. Азотне базе су циклична једињења која у својој структури садрже један или више азота. Такође их налазимо као компоненте у нуклеинским киселинама, ДНК и РНК.

- Рибоза се налази у центру молекула. То је шећер пентозног типа, јер има пет атома угљеника. Његова хемијска формула је Ц5Х10О5. Угљеник 1 рибозе је везан за аденински прстен.

- Три фосфатна радикала. Последње две су "високе енергетске везе" и представљене су у графичким структурама са симболом виргулилла: ~. Фосфатна група је једна од најважнијих у биолошким системима. Три групе се називају алфа, бета и гама, од најближе до најдаље.

Ова веза је веома лабилна, тако да се брзо, лако и спонтано дели када физиолошки услови организма то гарантују. То се дешава зато што негативне набоје три фосфатне групе покушавају да се стално удаљавају једна од друге.

Функције

АТП игра незамењиву улогу у енергетском метаболизму готово свих живих организама. Из тог разлога, често се назива енергетска валута, јер се може потрошити и напунити континуирано у само неколико минута..

Директно или индиректно, АТП обезбеђује енергију за стотине процеса, поред тога што делује као донор фосфата.

Генерално, АТП делује као сигнални молекул у процесима који се одвијају унутар ћелије, потребно је синтетизовати компоненте ДНК и РНК и за синтезу других биомолекула, учествује у саобраћају кроз између осталог.

Употреба АТП-а може се подијелити у главне категорије: транспорт молекула кроз биолошке мембране, синтеза различитих спојева и коначно, механички рад.

Функције АТП-а су веома широке. Поред тога, она је укључена у толико реакција да би било немогуће све их именовати. Стога ћемо размотрити три конкретна примера за пример сваке од три наведене употребе.

Снабдевање енергијом за транспорт натријума и калијума кроз мембрану

Ћелија је изузетно динамично окружење које захтева одржавање специфичних концентрација. Већина молекула не улази у ћелију случајно или случајно. Да би молекул или супстанца ушли, то мора учинити његов специфични транспортер.

Транспортери су протеини који прелазе мембрану и функционишу као ћелијски "чувари", контролишући проток материјала. Због тога је мембрана полупропусна: дозвољава улазак одређеним једињењима, а други не.

Једна од најпознатијих транспортних средстава је натријум-калијум пумпа. Овај механизам је класификован као активни транспорт, пошто се кретање јона дешава у односу на њихове концентрације и једини начин да се изврши овај покрет је увођење енергије у систем, у облику АТП-а..

Процењује се да се једна трећина АТП формираног у ћелији користи да би пумпа била активна. Натријумови иони се стално пумпају у спољашњу ћелију, док калијумови иони то раде уназад.

Логично, употреба АТП-а није ограничена на транспорт натријума и калијума. Постоје и други иони, као што је калцијум, магнезијум, између осталих, којима је потребна ова енергијска валута за улазак.

Учешће у синтези протеина

Протеински молекули су формирани од аминокиселина, повезаних заједно пептидним везама. За њихово формирање потребно је разбити четири високе енергетске везе. Другим речима, знатан број молекула АТП мора бити хидролизован за формирање протеина просечне дужине.

Синтеза протеина јавља се у структурама које се називају рибозоми. Они су у стању да интерпретирају код који поседује РНК и преведе га у секвенцу аминокиселина, процес који зависи од АТП..

У најактивнијим ћелијама, синтеза протеина може усмерити до 75% АТП синтетизованог у овом важном раду.

С друге стране, ћелија не само да синтетише протеине, она такође треба липиде, холестерол и друге неопходне супстанце, а за то је потребна енергија садржана у везама АТП..

Обезбедите енергију за кретање

Механички рад је једна од најважнијих функција АТП-а. На пример, да би наше тело било у стању да изврши контракцију мишићних влакана, потребна је велика количина енергије.

У мишићима се хемијска енергија може трансформисати у механичку енергију захваљујући реорганизацији протеина са капацитетом контракције који га формира. Дужина ових структура је модификована, скраћена, што ствара напетост која резултира стварањем покрета.

Код других организама, кретање ћелија се дешава и захваљујући присуству АТП. На пример, кретање цилија и флагела које дозвољавају померање одређених једностаничних организама јавља се употребом АТП-а..

Још један посебан покрет је амоебиц који укључује протрузију псеудопода на крајевима ћелије. Неколико типова ћелија користи овај механизам кретања, укључујући леукоците и фибробласте.

У случају заметних ћелија, локомоција је неопходна за ефикасан развој ембриона. Ембрионалне ћелије померају важне удаљености од свог места порекла до региона где морају да потичу специфичне структуре.

Хидролиза

Хидролиза АТП-а је реакција која укључује разградњу молекула присуством воде. Реакција је представљена на следећи начин:

АТП + Вода + АДП + Пи + енергије Где, термин Пи односи се на групу неорганског фосфата и АДП је аденозин дифосфат. Имајте на уму да је реакција реверзибилна.

Хидролиза АТП-а је феномен који укључује ослобађање огромне количине енергије. Пуцање било које од пирофосфатних веза резултира ослобађањем од 7 кцал по молу - специфично 7,3 АТП на АДП и 8,2 за производњу аденозин монофосфата (АМП) из АТП. То је 12.000 калорија по молу АТП-а.

Зашто се ово ослобађање енергије догађа??

Због тога што су производи хидролизе много стабилнији од почетног једињења, то јест, АТП.

Потребно је напоменути да само хидролиза која се јавља на пирофосфатним везама доводи до стварања АДП или АМП доводи до стварања енергије у важним количинама.

Хидролиза осталих веза у молекулу не даје толико енергије, осим за хидролизу неорганског пирофосфата, који има велику количину енергије..

Ослобађање енергије из ових реакција користи се за обављање метаболичких реакција унутар ћелије, јер многи од тих процеса захтијевају енергију да функционишу, како у почетним корацима путева деградације тако иу биосинтези једињења..

На пример, у метаболизму глукозе, почетни кораци укључују фосфорилацију молекула. У следећим корацима се генерише нови АТП, да би се добила позитивна нето добит.

Са енергетске тачке гледишта, постоје други молекули чије је ослобађање енергије веће од АТП-а, укључујући 1,3-бифосфоглицерат, карбамил фосфат, креатинин фосфат и фосфоенолпируват..

Добијање АТП-а

АТП се може добити на два начина: оксидативном фосфорилацијом и фосфорилацијом на нивоу супстрата. Првом је потребан кисеоник док му други не треба. Приближно 95% насталог АТП се јавља у митохондријима.

Оксидативна фосфорилација

Оксидативна фосфорилација укључује процес оксидације хранљивих материја у две фазе: добијање редукованих коензима НАДХ и ФАДХ2 деривати витамина.

Смањење ових молекула захтева употребу водоника из хранљивих материја. Код масти, производња коензима је изузетна, захваљујући огромној количини водоника које имају у својој структури, у поређењу са пептидима или са угљеним хидратима.

Иако постоји неколико начина производње коензима, најважнији пут је Кребсов циклус. Након тога, редуковани коензими су концентрисани у респираторним ланцима који се налазе у митохондријима, који преносе електроне у кисеоник.

Ланац за пренос електрона формира се низом протеина везаних за мембрану, који пумпе протоне (Х +) према ван (види слику). Ови протони поново улазе преко мембране преко другог протеина, АТП синтазе, одговорне за синтезу АТП.

Другим речима, морамо да смањимо коензиме, више АДП и кисеоник генеришемо воду и АТП.

Фосфорилација на нивоу супстрата

Фосфорилација на нивоу супстрата није толико важна као механизам који је горе описан и, пошто не захтева молекуле кисеоника, обично је повезан са ферментацијом. На овај начин, иако је веома брз, извлачи мало енергије, ако је упоредимо са процесом оксидације, то би било око петнаест пута мање..

У нашем телу, процеси ферментације се одвијају на нивоу мишића. Ово ткиво може функционисати без кисеоника, тако да је могуће да се молекул глукозе разгради у млечну киселину (када радимо неке исцрпне спортске активности, на пример).

У ферментацији, коначни производ још увијек има енергетски потенцијал који се може екстрахирати. У случају ферментације у мишићима, угљеници у млечној киселини су на истом нивоу редукције као и они у почетном молекулу: глукоза.

Тако, производња енергије настаје формирањем молекула који имају високе енергетске везе, укључујући 1,3-бифосфоглират и фосфоенолпируват.

У гликолизи, на пример, хидролиза ових једињења је повезана са производњом молекула АТП, отуда термин "на нивоу супстрата".

АТП Цицле

АТП се никада не чува. То је у континуираном циклусу употребе и синтезе. На овај начин се ствара равнотежа између формираног АТП и његовог хидролизованог производа, АДП.

Остали енергетски молекули

АТП није једини молекул састављен од нуклеозидног бифосфата који постоји у ћелијском метаболизму. Постоји низ молекула са структурама сличним АТП-у које имају упоредиво енергетско понашање, иако нису толико популарне као АТП.

Најистакнутији пример је ГТП, гуаносин трифосфат, који се користи у познатом Кребсовом циклусу и на глуконеогеном путу. Остали мање коришћени су ЦТП, ТТП и УТП.

Референце

  1. Гуитон, А.Ц., & Халл, Ј.Е. (2000). Уџбеник људске физиологије.
  2. Халл, Ј. Е. (2017). Гуитон Е Халл Третман о медицинској физиологији. Елсевиер Бразил.
  3. Хернандез, А.Г. Д. (2010). Уговор о исхрани: Састав и нутритивни квалитет хране. Ед Панамерицана Медицал.
  4. Лим, М. И. (2010). Основе метаболизма и исхране. Елсевиер.
  5. Пратт, Ц.В., & Катхлеен, Ц. (2012). Биоцхемистри. Уводник Модерни приручник.
  6. Воет, Д., Воет, Ј.Г., & Пратт, Ц.В. (2007). Фундаменталс оф Биоцхемистри. Медицал Едиториал Панамерицана.