Struktura, funkcije, hidroliza ATP (adenozin trifosfat)



The ATP (adenozin trifosfat) je organska molekula z visoko energetskimi vezmi, ki jih sestavljajo adeninski obroč, riboza in tri fosfatne skupine. Ima temeljno vlogo v presnovi, saj prenaša potrebno energijo za ohranitev niza celičnih procesov, ki delujejo učinkovito.

Splošno je znano po izrazu "energijska valuta", saj se njegovo oblikovanje in njegova uporaba pojavljata zlahka, kar omogoča hitro "plačilo" kemičnih reakcij, ki zahtevajo energijo.

Čeprav je molekula s prostim očesom majhna in enostavna, v svojih povezavah prihrani veliko energije. Fosfatne skupine imajo negativne naboje, ki so v stalnem odbijanju, zaradi česar je labilna in lahko prekinjena povezava.

Hidroliza ATP je razgradnja molekule zaradi prisotnosti vode. S tem postopkom se sproščena energija sprosti.

Obstajata dva glavna vira ATP: fosforilacija na ravni substrata in oksidativna fosforilacija, ki je najpomembnejša in najbolj uporabljena v celici..

Oksidativna fosforilacija združuje oksidacijo FADH2 in NADH + H+ v mitohondrijih in fosforilacija na ravni substrata se pojavi zunaj transportne verige elektronov, na poti, kot sta glikoliza in cikel trikarboksilne kisline.

Ta molekula je odgovorna za zagotavljanje energije, ki je potrebna za večino procesov, ki se pojavijo v celici, od sinteze beljakovin do gibanja. Poleg tega omogoča pretok molekul skozi membrane in deluje na signalizacijo celic.

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Funkcije
    • 2.1 Oskrba z energijo za prenos natrija in kalija skozi membrano
    • 2.2 Sodelovanje pri sintezi beljakovin
    • 2.3 Dobava energije za gibanje
  • 3 Hidroliza
    • 3.1 Zakaj pride do tega sproščanja energije?
  • 4 Pridobitev ATP
    • 4.1 Oksidativna fosforilacija
    • 4.2 Fosforilacija na ravni substrata
  • 5 Cikel ATP
  • 6 Druge energijske molekule
  • 7 Reference

Struktura

ATP, kot že ime pove, je nukleotid s tremi fosfati. Zaradi njegove posebne strukture, zlasti dveh pirofosfatnih vezi, je to energijsko bogata zmes. Sestavljen je iz naslednjih elementov:

- Dušikova baza, adenin. Dušične baze so ciklične spojine, ki vsebujejo enega ali več dušikovih snovi v svoji strukturi. Prav tako jih najdemo kot sestavine v nukleinskih kislinah, DNA in RNA.

- Riboza se nahaja v središču molekule. Je sladkor pentoznega tipa, saj ima pet ogljikovih atomov. Njegova kemijska formula je C5H10O5. Ogljik 1 riboze je pritrjen na adeninski obroč.

- Tri fosfatne radikale. Zadnji dve sta »visoko energetski povezavi« in sta v grafičnih strukturah predstavljeni s simbolom virgulilla: ~. Fosfatna skupina je ena od najpomembnejših v bioloških sistemih. Tri skupine se imenujejo alfa, beta in gama, od najbližjega do najbolj oddaljenega.

Ta povezava je zelo labilna, zato se hitro, enostavno in spontano razdeli, kadar to upravičujejo fiziološke razmere organizma. To se zgodi zato, ker se negativni naboji treh fosfatnih skupin nenehno poskušajo odmakniti drug od drugega.

Funkcije

ATP igra nepogrešljivo vlogo pri energetski presnovi skoraj vseh živih organizmov. Zato se pogosto imenuje energijska valuta, saj jo je mogoče porabiti in polniti neprekinjeno v samo nekaj minutah..

Neposredno ali posredno, ATP zagotavlja energijo za stotine procesov, poleg tega, da deluje kot donor fosfata.

Na splošno ATP deluje kot signalna molekula v procesih, ki se pojavljajo znotraj celice, zato je potrebno sintetizirati komponente DNK in RNA ter sintezo drugih biomolekul, sodelovati v prometu skozi med drugim.

Uporabe ATP lahko razdelimo v glavne kategorije: transport molekul skozi biološke membrane, sinteza različnih spojin in končno, mehansko delo..

Funkcije ATP so zelo široke. Poleg tega je vpleten v toliko odzivov, da bi jih bilo nemogoče vse poimenovati. Zato bomo razpravljali o treh posebnih primerih, ki ponazarjajo vsako od treh navedenih uporab.

Oskrba z energijo za prenos natrija in kalija skozi membrano

Celica je izjemno dinamično okolje, ki zahteva ohranjanje specifičnih koncentracij. Večina molekul ne vstopi v celico naključno ali mimogrede. Za vstop molekule ali snovi mora to storiti njen specifični transporter.

Transporterji so beljakovine, ki prečkajo membrano in delujejo kot celični "vratarji", ki nadzorujejo pretok materialov. Zato je membrana polprepustna: omogoča vstop določenih spojin, druge pa ne.

Ena izmed najbolj znanih transportov je natrijeva črpalka. Ta mehanizem je razvrščen kot aktivni transport, saj se gibanje ionov izvaja proti njihovim koncentracijam in edini način za izvedbo tega gibanja je vnos energije v sistem v obliki ATP..

Ocenjuje se, da se tretjina ATP, ki nastane v celici, uporablja za ohranjanje aktivne črpalke. Natrijevi ioni se nenehno črpajo v zunanjo celico, medtem ko kalijevi ioni to storijo obratno.

Logično je, da uporaba ATP ni omejena na prevoz natrija in kalija. Obstajajo tudi drugi ioni, kot so kalcij, magnezij, ki med drugim potrebujejo to energijsko valuto.

Sodelovanje pri sintezi beljakovin

Proteinske molekule tvorijo aminokisline, ki so povezane z peptidnimi vezmi. Za njihovo oblikovanje je potrebno razbiti štiri visoke energetske vezi. Z drugimi besedami, za tvorbo proteina povprečne dolžine je treba hidrolizirati veliko število molekul ATP.

Sinteza proteinov se pojavlja v strukturah, imenovanih ribosomi. Sposobni so interpretirati kodo, ki jo poseduje RNA, in jo prevesti v aminokislinsko zaporedje, proces, odvisen od ATP..

V najbolj aktivnih celicah lahko sinteza beljakovin usmeri do 75% ATP, sintetiziranega v tem pomembnem delu.

Po drugi strani celica ne le sintetizira beljakovine, temveč potrebuje tudi lipide, holesterol in druge nepogrešljive snovi, zato je za to potrebna energija, ki jo vsebujejo vezi ATP..

Zagotovite energijo za gibanje

Mehansko delo je ena najpomembnejših funkcij ATP. Na primer, da bi naše telo lahko izvajalo krčenje mišičnih vlaken, je potrebna velika količina energije.

V mišici se lahko kemijska energija preoblikuje v mehansko energijo, zahvaljujoč reorganizaciji proteinov s kontrakcijsko zmogljivostjo, ki jo oblikuje. Dolžina teh struktur je spremenjena, skrajšana, kar ustvarja napetost, ki povzroči nastanek gibanja.

Pri drugih organizmih se gibanje celic pojavi tudi zaradi prisotnosti ATP. Na primer, gibanje cilij in flagel, ki omogoča premestitev določenih enoceličnih organizmov, poteka z uporabo ATP.

Še eno posebno gibanje je amoebic, ki vključuje štrlanje psevdopoda na koncih celic. Več tipov celic uporablja ta mehanizem gibanja, vključno z levkociti in fibroblasti.

V primeru zarodnih celic je gibanje bistveno za učinkovit razvoj zarodka. Embrionalne celice premikajo pomembne razdalje od kraja izvora do regije, kjer morajo izvirati iz posebnih struktur.

Hidroliza

Hidroliza ATP je reakcija, ki vključuje razgradnjo molekule zaradi prisotnosti vode. Reakcija je predstavljena takole: \ t

ATP + voda + ADP + Pi + energije Kjer je izraz Pi nanaša se na skupino anorganskega fosfata in ADP je adenozin difosfat. Upoštevajte, da je reakcija reverzibilna.

Hidroliza ATP je pojav, ki vključuje sprostitev ogromne količine energije. Prekinitev katere koli pirofosfatne povezave povzroči sproščanje 7 kcal na mol - specifično 7,3 ATP na ADP in 8,2 za proizvodnjo adenozin monofosfata (AMP) iz ATP. To je enako 12.000 kalorij na mol ATP.

Zakaj pride do tega sproščanja energije??

Ker so produkti hidrolize veliko stabilnejši od začetne spojine, to je ATP.

Treba je omeniti, da samo hidroliza, ki se pojavi na pirofosfatnih vezih, da povzroči nastanek ADP ali AMP, povzroči nastajanje energije v pomembnih količinah..

Hidroliza drugih vezi v molekuli ne zagotavlja toliko energije, razen za hidrolizo anorganskega pirofosfata, ki ima veliko količino energije..

Sproščanje energije iz teh reakcij se uporablja za izvajanje presnovnih reakcij znotraj celice, saj mnogi od teh procesov potrebujejo energijo za delovanje, tako v začetnih stopnjah poti razgradnje kot v biosintezi spojin..

Na primer, pri presnovi glukoze začetni koraki vključujejo fosforilacijo molekule. V naslednjih korakih se ustvari nov ATP, da dobimo pozitivni čisti dobiček.

Z energetskega vidika obstajajo še druge molekule, katerih sproščanje energije je večje kot pri ATP, vključno z 1,3-bifosfogliceratom, karbamil fosfatom, kreatinin fosfatom in fosfoenolpiruvatom..

Pridobitev ATP

ATP lahko dobimo na dva načina: oksidativno fosforilacijo in fosforilacijo na substratni ravni. Prvi potrebuje kisik, drugi pa ga ne potrebuje. Približno 95% nastalega ATP se pojavi v mitohondrijih.

Oksidativna fosforilacija

Oksidativna fosforilacija vključuje proces oksidacije hranil v dveh fazah: pridobivanje zmanjšanih koencimov NADH in FADH2 derivati ​​vitaminov.

Zmanjšanje teh molekul zahteva uporabo vodikov iz hranil. Pri maščobah je proizvodnja koencimov izjemna, zahvaljujoč ogromni količini vodikov, ki jih imajo v svoji strukturi, v primerjavi s peptidi ali z ogljikovimi hidrati..

Čeprav obstaja več načinov proizvajanja koencimov, je najpomembnejša pot Krebsov cikel. Posledično so reducirani koencimi koncentrirani v dihalnih verigah, ki se nahajajo v mitohondrijih, ki prenašajo elektrone v kisik..

Transportno verigo elektronov sestavljajo nizi proteinov, ki so povezani z membrano, ki črpajo protone (H +) navzven (glej sliko). Ti protoni ponovno vstopajo skozi membrano skozi drugo beljakovino, ATP sintazo, odgovorno za sintezo ATP.

Z drugimi besedami, moramo zmanjšati koencime, več ADP in kisika ustvariti vodo in ATP.

Fosforilacija na ravni substrata

Fosforilacija na ravni substrata ni tako pomembna kot zgoraj opisani mehanizem in ker ne zahteva molekul kisika, je običajno povezana s fermentacijo. Na ta način, čeprav je zelo hiter, ekstrahira malo energije, če ga primerjamo s procesom oksidacije, bi bilo približno petnajstkrat manj..

V našem telesu se fermentacijski procesi odvijajo na mišični ravni. To tkivo lahko deluje brez kisika, zato je možno, da se molekula glukoze razgradi v mlečno kislino (ko delamo na primer izčrpno športno dejavnost)..

Pri fermentacijah ima končni proizvod še vedno potencial za pridobivanje energije. V primeru fermentacije v mišicah so ogljiki v mlečni kislini na enaki ravni zmanjšanja kot v začetni molekuli: glukoza \ t.

Tako nastaja energija z nastankom molekul, ki imajo visoko energetske vezi, vključno z 1,3-bifosfogliratom in fosfoenolpiruvatom..

V glikolizi, na primer, je hidroliza teh spojin povezana s proizvodnjo molekul ATP, zato izraz "na ravni substrata".

Cikel ATP

ATP ni nikoli shranjen. Je v stalnem ciklu uporabe in sinteze. Na ta način se ustvari ravnotežje med nastalim ATP in njegovim hidroliziranim produktom, ADP.

Druge energetske molekule

ATP ni edina molekula, sestavljena iz nukleozidnega bifosfata, ki obstaja v celičnem metabolizmu. Obstaja vrsta molekul s strukturami, podobnimi ATP, ki imajo primerljivo energetsko obnašanje, čeprav niso tako priljubljene kot ATP..

Najpomembnejši primer je GTP, guanosin trifosfat, ki se uporablja v znanem Krebsovem ciklu in na glukoneogeni poti. Drugi, ki se manj uporabljajo, so CTP, TTP in UTP.

Reference

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Učbenik človeške fiziologije.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall Razprava o medicinski fiziologiji. Elsevier Brazilija.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Prehranska pogodba: Sestava in prehranska kakovost hrane. Ed Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Osnove metabolizma in prehrane. Elsevier.
  5. Pratt, C.W., & Kathleen, C. (2012). Biokemija. Uvodnik Moderni priročnik.
  6. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2007). Osnove biokemije. Medicinska uredništvo Panamericana.