ATP (adenosiini trifosfaat) struktuur, funktsioonid, hüdrolüüs



The ATP (adenosiintrifosfaat) on orgaaniline molekul, millel on kõrged energiasidemed, mille moodustavad adeniinitsükkel, riboos ja kolm fosfaadirühma. Tal on ainevahetuses oluline roll, kuna see transpordib vajalikku energiat, et säilitada tõhusalt toimivate rakuliste protsesside seeria.

Seda tuntakse laialdaselt terminiga "energiavaluuta", kuna selle moodustamine ja kasutamine toimub lihtsalt, võimaldades kiiresti maksta keemilisi reaktsioone, mis vajavad energiat.

Kuigi palja silmaga molekul on väike ja lihtne, säästab see linkides märkimisväärse hulga energiat. Fosfaadirühmadel on negatiivsed laengud, mis on pidevas tõrjumises, mistõttu on see labiilne ja kergesti purunev link.

ATP hüdrolüüs on molekuli lagunemine vee juuresolekul. Selle protsessi käigus vabaneb suletud energia.

ATP-l on kaks peamist allikat: fosforüülimine substraadi tasemel ja oksüdatiivne fosforüülimine, viimane on kõige olulisem ja kõige rohkem raku poolt kasutatav.

Oksüdatiivne fosforüülimine ühendab FADH oksüdatsiooni2 ja NADH + H+ mitokondrites ja fosforüülimisel substraadi tasemel esineb väljaspool elektroni transpordiahelat, näiteks glükolüüsis ja trikarboksüülhappe tsüklis.

See molekul vastutab energia tagamiseks, mis on vajalik enamiku raku sees toimuvate protsesside jaoks, alates valgu sünteesist kuni liikumiseni. Lisaks võimaldab see molekulide liikumist läbi membraanide ja mõjutab raku signaaliülekannet.

Indeks

  • 1 Struktuur
  • 2 Funktsioonid
    • 2.1 Energiavarustus naatriumi ja kaaliumi transportimiseks läbi membraani
    • 2.2 Valgu sünteesis osalemine
    • 2.3 Energia tarnimine liikumisele
  • 3 Hüdrolüüs
    • 3.1 Miks see energia vabaneb?
  • 4 ATP saamine
    • 4.1 Oksüdatiivne fosforüülimine
    • 4.2 Fosforüülimine substraadi tasemel
  • 5 ATP tsükkel
  • 6 Muud energia molekulid
  • 7 Viited

Struktuur

Nagu nimigi ütleb, on ATP kolm fosfaati sisaldav nukleotiid. Selle konkreetne struktuur, eriti kaks pürofosfaadi sidet, muudavad selle energiasisaldavaks ühendiks. See koosneb järgmistest elementidest:

- Lämmastiku alus, adeniin. Lämmastiku alused on tsüklilised ühendid, mis sisaldavad nende struktuuris ühte või mitut lämmastikku. Samuti leiame need nukleiinhapete, DNA ja RNA komponentidena.

- Riboos asub molekuli keskel. See on pentoosi tüüpi suhkur, kuna sellel on viis süsinikuaatomit. Selle keemiline valem on C5H10O5. Riboosi süsinik 1 on kinnitatud adeniinitsükli külge.

- Kolm fosfaatradikaali. Kaks viimast on "suure energiaga ühendused" ja on graafilistes struktuurides esindatud virgulilla sümboliga: ~. Fosfaatrühm on bioloogilistes süsteemides üks tähtsamaid. Neid kolme rühma nimetatakse alfa, beeta ja gamma lähimast kõige lähemal.

See seos on väga labiilne, nii et see jaguneb kiiresti, lihtsalt ja spontaanselt, kui organismi füsioloogilised tingimused seda õigustavad. See juhtub seetõttu, et kolme fosfaadirühma negatiivsed laengud püüavad üksteisest pidevalt ära liikuda.

Funktsioonid

ATP mängib asendamatut rolli peaaegu kõigi elusorganismide energia metabolismis. Sel põhjusel nimetatakse seda sageli energiavaluutaks, kuna seda saab veeta ja pidevalt mõne minuti jooksul täiendada..

Otsene või kaudne ATP annab energiat sadadele protsessidele lisaks toimimisele fosfaatide doonorina.

Üldiselt toimib ATP signaalimolekulina rakusiseses protsessis, on vajalik DNA ja RNA komponentide sünteesimine ja teiste biomolekulide sünteesimiseks, osaleb see liikluses läbi membraane.

ATP kasutamine võib jagada peamistesse kategooriatesse: molekulide transport bioloogiliste membraanide kaudu, erinevate ühendite süntees ja lõpuks mehaaniline töö.

ATP funktsioonid on väga laiad. Lisaks osaleb see nii paljudes reaktsioonides, et neid kõiki oleks võimatu nimetada. Seetõttu arutame kolme konkreetset näidet, et näidata iga kolme nimetatud kasutusviisi.

Energiavarustus naatriumi ja kaaliumi transportimiseks läbi membraani

Rakk on äärmiselt dünaamiline keskkond, mis nõuab spetsiifiliste kontsentratsioonide säilitamist. Enamik molekule ei sisene rakku juhuslikult ega juhuslikult. Selleks, et molekul või aine siseneks, peab seda tegema selle konkreetne vedaja.

Vedajad on valgud, mis läbivad membraani ja toimivad rakuliste "väravavahtidena", kontrollides materjalide voolu. Seetõttu on membraan pooleldi läbilaskev: see võimaldab teatud ühenditel siseneda ja teised mitte.

Üks tuntumaid transport on naatrium-kaaliumpump. See mehhanism liigitatakse aktiivseks transpordiks, kuna ioonide liikumine toimub nende kontsentratsioonide vastu ja ainus viis selle liikumise teostamiseks on süsteemi sisestamine ATP kujul..

Hinnatakse, et üks kolmandik rakus moodustatud ATP-st kasutatakse pumba aktiivseks hoidmiseks. Naatriumioonid pumbatakse pidevalt raku välispinnale, samas kui kaaliumiioonid teevad seda vastupidises suunas.

Loogiliselt ei ole ATP kasutamine piiratud naatriumi ja kaaliumi transportimisega. Seal on ka teisi ioone, nagu kaltsium, magneesium, mis vajavad seda energiavaluutat sisenemiseks.

Osalemine valgu sünteesis

Valgu molekulid moodustavad aminohapped, mis on seotud peptiidsidemetega. Nende moodustamiseks on vaja nelja suure energiaga võlakirja purunemist. Teisisõnu tuleb keskmise pikkusega valgu moodustamiseks hüdrolüüsida märkimisväärne hulk ATP molekule.

Valkude süntees toimub struktuurides, mida nimetatakse ribosoomideks. Nad on võimelised tõlgendama messenger RNA-le omistavat koodi ja tõlkima selle aminohappejärjestuseks, ATP-sõltuvaks protsessiks.

Kõige aktiivsemates rakkudes võib valgu süntees suunata kuni 75% selles olulises töös sünteesitud ATP-st.

Teisest küljest, rakk mitte ainult sünteesib valke, vajab ka lipiide, kolesterooli ja teisi asendamatuid aineid ning selleks on vaja ATP sidemetes sisalduvat energiat..

Pakkuda energiat liikumiseks

Mehaaniline töö on ATP üks tähtsamaid funktsioone. Näiteks selleks, et meie keha oleks võimeline lihaste kiudude kokkutõmbumist teostama, on vaja suurt energiat.

Lihas saab keemilise energia muundada mehaaniliseks energiaks tänu kontraktsioonivõimega valkude ümberkorraldamisele. Nende struktuuride pikkust muudetakse, lühendatakse, mis tekitab pingeid, mis põhjustavad liikumise teket.

Teistes organismides toimub rakkude liikumine ka tänu ATP-le. Näiteks AIC-i kasutamisel toimub rõngaste ja lipukeste liikumine, mis võimaldab teatud ühekordsete organismide nihkumist..

Teine konkreetne liikumine on amoebiline, mis hõlmab pseudopoodi väljaulatumist raku otstes. Mitmed rakutüübid kasutavad seda liikumismehhanismi, kaasa arvatud leukotsüüdid ja fibroblastid.

Idurakkude puhul on liikumine oluline embrüo tõhusaks arenguks. Embrüonaalsed rakud liiguvad oma päritolukohast olulisse kaugusesse piirkonda, kus nad peavad pärinema konkreetsetest struktuuridest.

Hüdrolüüs

ATP hüdrolüüs on reaktsioon, mis hõlmab molekuli lagunemist vee juuresolekul. Reaktsioon on esitatud järgmiselt:

ATP + vesi ⇋ ADP + Pi + energia Kus, mõiste Pi see viitab anorgaanilise fosfaadi rühmale ja ADP on adenosiindifosfaat. Pange tähele, et reaktsioon on pöörduv.

ATP hüdrolüüs on nähtus, mis hõlmab tohutu hulga energia vabastamist. Mis tahes pürofosfaadi sidemete purunemine annab tulemuseks 7 kcal vabanemise mooli kohta, täpsemalt 7,3 ATP-d ADP-le ja 8,2 ATP-st adenosiinmonofosfaadi (AMP) tootmiseks. See võrdub 12 000 kaloriga ühe mooli ATP kohta.

Miks see energia vabanemine toimub??

Kuna hüdrolüüsi saadused on palju stabiilsemad kui esialgne ühend, st ATP.

Tuleb mainida, et ainult pürofosfaadi sidemete korral tekkiv hüdrolüüs, mis põhjustab ADP või AMP teket, toob kaasa olulise koguse energia tekkimise.

Teiste sidemete hüdrolüüs molekulis ei anna nii palju energiat, välja arvatud anorgaanilise pürofosfaadi hüdrolüüsil, millel on suur kogus energiat.

Nende reaktsioonide energia vabanemist kasutatakse rakkude sees olevate metaboolsete reaktsioonide läbiviimiseks, kuna paljud neist protsessidest nõuavad energiat, et toimida nii lagunemisradade algfaasis kui ka ühendite biosünteesil..

Näiteks glükoosi ainevahetuses hõlmavad esialgsed etapid molekuli fosforüülimist. Järgmistes etappides genereeritakse uus ATP, et saada positiivne netoväärtus.

Energia seisukohast on olemas teisi molekule, mille energia vabanemine on suurem kui ATP-l, sealhulgas 1,3-bifosfütseraat, karbamüülfosfaat, kreatiniinfosfaat ja fosfoenolpüruvaat..

ATP saamine

ATP võib saada kahel viisil: oksüdatiivne fosforüülimine ja fosforüülimine substraadi tasemel. Esimene nõuab hapnikku, samas kui teine ​​seda ei vaja. Ligikaudu 95% moodustunud ATP-st esineb mitokondrites.

Oksüdatiivne fosforüülimine

Oksüdatiivne fosforüülimine hõlmab toitainete oksüdeerumisprotsessi kahes faasis: vähendatud koensüümide NADH ja FADH saamine2 vitamiinide derivaadid.

Nende molekulide vähendamine eeldab, et toitainetest kasutatakse vesinikke. Rasvades on koensüümide tootmine märkimisväärne tänu tohutule hulgale hüdrogeenidele, mis neil on oma struktuuris, võrreldes peptiidide või süsivesikutega..

Kuigi koensüümide tootmiseks on mitmeid viise, on kõige olulisem tee Krebsi tsükkel. Seejärel kontsentreeritakse vähendatud koensüümid mitokondrites paiknevatesse hingamisteede ahelatesse, mis viivad elektronid hapnikku.

Elektronide transportimise ahel on moodustatud mitmetest membraaniga ühendatud valkudest, mis pumpavad prootoneid (H +) väljastpoolt (vt pilti). Need prootonid sisenevad uuesti läbi membraaniga läbi teise valgu, ATP süntaasi, mis vastutab ATP sünteesi eest.

Teisisõnu, me peame vähendama koensüüme, rohkem ADP-d ja hapnikku tekitama vett ja ATP-d.

Fosforüülimine substraadi tasemel

Fosforüülimine substraadi tasemel ei ole nii tähtis kui eespool kirjeldatud mehhanism ja kuna see ei vaja hapniku molekule, on see tavaliselt seotud fermentatsiooniga. Sel viisil, kuigi see on väga kiire, eraldab vähe energiat, kui me võrdleme seda oksüdatsiooniprotsessiga, oleks see umbes 15 korda väiksem.

Meie kehas toimuvad fermentatiivsed protsessid lihaste tasemel. See kude võib toimida ilma hapnikuta, mistõttu on võimalik, et glükoosimolekul laguneb piimhappeks (kui me teeme teatud ammendavat sporditegevust).

Kääritamisel on lõpptootel veel potentsiaali, mida saab ekstraheerida. Lihas kääritamise korral on piimhappe süsinikud samal tasemel kui algmolekulis: glükoos.

Seega toimub energia tootmine suure molekulidega, millel on kõrged energiasidemed, kaasa arvatud 1,3-bifosfoglüraat ja fosfoenolpüruvaat..

Näiteks glükolüüsis on nende ühendite hüdrolüüs seotud ATP molekulide tootmisega, seega termin "substraadi tasandil"..

ATP tsükkel

ATP-d ei salvestata kunagi. See on pidevas kasutamis- ja sünteesitsüklis. Sel viisil luuakse tasakaal moodustunud ATP ja selle hüdrolüüsitud toote, ADP vahel.

Muud energia molekulid

ATP ei ole ainus molekul, mis koosneb raku ainevahetuses eksisteerivast nukleosiidi bifosfaadist. On mitmeid molekule, mille struktuur on sarnane ATP-le ja millel on võrreldav energiakäitumine, kuigi need ei ole nii populaarsed kui ATP.

Kõige silmapaistvam näide on GTP, guanosiintrifosfaat, mida kasutatakse tuntud Krebsi tsüklis ja glükoneogeensel teel. Teised vähem kasutatavad on CTP, TTP ja UTP.

Viited

  1. Guyton, A.C. & Hall, J. E. (2000). Inimese füsioloogia õpik.
  2. Hall, J. E. (2017). Guytoni E saali raviarst meditsiinilise füsioloogia kohta. Elsevier Brasiilia.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Toitumisleping: toidu koostis ja toiteväärtus. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Ainevahetuse ja toitumise põhialused. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). Biokeemia. Redaktsioon Modernne käsiraamat.
  6. Voet, D., Voet, J. G. & Pratt, C. W. (2007). Biokeemia alused. Medical Toimetaja Panamericana.