ATP (adenosiinitrifosfaatti) rakenne, toiminnot, hydrolyysi



ATP (adenosiinitrifosfaatti) on orgaaninen molekyyli, jolla on korkeat energia-sidokset, jotka muodostuvat adeniinirenkaasta, riboosista ja kolmesta fosfaattiryhmästä. Sillä on keskeinen rooli aineenvaihdunnassa, koska se kuljettaa tarvittavaa energiaa tehokkaan solukäsittelyprosessin ylläpitämiseksi.

Se tunnetaan laajalti termillä "energiavaluutta", koska sen muodostaminen ja käyttö tapahtuu helposti, jolloin "maksetaan" nopeasti kemialliset reaktiot, jotka edellyttävät energiaa.

Vaikka paljaalla silmällä oleva molekyyli on pieni ja yksinkertainen, se säästää huomattavan määrän energiaa linkeissään. Fosfaatti- ryhmillä on negatiivisia varauksia, jotka ovat jatkuvasti repulsiossa, jolloin se on labiili ja helposti rikkoutuva linkki.

ATP: n hydrolyysi on molekyylin hajoaminen veden läsnä ollessa. Tämän prosessin avulla suljettu energia vapautuu.

ATP: tä on kaksi pääasiallista: fosforylaatio substraattitasolla ja hapettava fosforylaatio, joista jälkimmäinen on solun tärkein ja eniten käytetty..

Oksidatiivinen fosforylaatio yhdistää FADH: n hapettumisen2 ja NADH + H+ mitokondrioissa ja fosforylaatiossa substraatin tasolla tapahtuu elektronin kuljetusketjun ulkopuolella, esimerkiksi glykolyysissä ja trikarboksyylihapposyklissä.

Tämä molekyyli on vastuussa energian tuottamisesta, joka on välttämätön useimmille solun sisällä tapahtuville prosesseille, proteiinisynteesistä liikkumiseen. Lisäksi se sallii molekyylien liikenteen kalvojen läpi ja vaikuttaa solusignalointiin.

indeksi

  • 1 Rakenne
  • 2 Toiminnot
    • 2.1 Energian syöttö natriumin ja kaliumin kuljettamiseen kalvon läpi
    • 2.2 Osallistuminen proteiinisynteesiin
    • 2.3 Energian toimittaminen liikkumiseen
  • 3 Hydrolyysi
    • 3.1 Miksi tämä energia vapautuu?
  • 4 ATP: n saaminen
    • 4.1 Oksidatiivinen fosforylaatio
    • 4.2 Fosforylaatio alustan tasolla
  • 5 ATP-jakso
  • 6 Muut energiamolekyylit
  • 7 Viitteet

rakenne

ATP, kuten sen nimi viittaa, on nukleotidi, jossa on kolme fosfaattia. Sen erityinen rakenne, erityisesti kaksi pyrofosfaattisidosta, tekevät siitä energiakasvan yhdisteen. Se koostuu seuraavista osista:

- Typpipohjainen adeniini. Typpipohjaiset emäkset ovat syklisiä yhdisteitä, jotka sisältävät rakenteessaan yhden tai useamman typen. Löydämme ne myös komponentteina nukleiinihapoissa, DNA: ssa ja RNA: ssa.

- Riboosi sijaitsee molekyylin keskellä. Se on pentoosityyppinen sokeri, koska sillä on viisi hiiliatomia. Sen kemiallinen kaava on C5H10O5. Riboosin hiili 1 on kiinnittynyt adeniinirenkaaseen.

- Kolme fosfaattiradikaalia. Kaksi viimeistä ovat "korkean energian yhteyksiä" ja ne on esitetty graafisissa rakenteissa virgulillan symbolilla: ~. Fosfaattiryhmä on yksi tärkeimmistä biologisissa järjestelmissä. Kolme ryhmää kutsutaan alfa-, beeta- ja gammasuojiksi lähimmästä lähimpään.

Tämä linkki on hyvin labiili, joten se jakautuu nopeasti, helposti ja spontaanisti, kun organismin fysiologiset olosuhteet sitä edellyttävät. Tämä johtuu siitä, että kolmen fosfaatti- ryhmän negatiiviset varaukset yrittävät liikkua toisistaan ​​jatkuvasti.

tehtävät

ATP: llä on välttämätön rooli lähes kaikkien elävien organismien energia-aineenvaihdunnassa. Tästä syystä sitä kutsutaan usein energiavaluutaksi, koska sitä voidaan käyttää ja täydentää jatkuvasti muutamassa minuutissa..

Suora tai epäsuora ATP tarjoaa energiaa satojen prosessien lisäksi toimiakseen fosfaatin luovuttajana.

Yleensä ATP toimii signalointimolekyylinä solun sisällä tapahtuvissa prosesseissa, on välttämätöntä syntetisoida DNA: n ja RNA: n komponentteja ja muiden biomolekyylien synteesiin, se osallistuu liikenteeseen muun muassa kalvot.

ATP: n käyttötarkoitukset voidaan jakaa pääluokkiin: molekyylien kuljetus biologisten kalvojen läpi, eri yhdisteiden synteesi ja lopuksi mekaaninen työ.

ATP: n toiminnot ovat hyvin laajat. Lisäksi se on mukana niin monissa reaktioissa, että niiden nimeäminen olisi mahdotonta. Siksi keskustelemme kolmesta konkreettisesta esimerkistä esimerkkinä jokaisesta kolmesta mainituista käyttötavoista.

Energian syöttö natriumin ja kaliumin kuljettamiseen kalvon läpi

Solu on erittäin dynaaminen ympäristö, joka vaatii tiettyjen pitoisuuksien säilyttämisen. Useimmat molekyylit eivät pääse soluun satunnaisesti tai satunnaisesti. Jotta molekyyli tai aine pääsee sisään, sen on tehtävä sen erityinen kuljettaja.

Kuljettajat ovat proteiineja, jotka ylittävät kalvon ja toimivat solujen "gatekeepereinä" ja ohjaavat materiaalivirtaa. Siksi kalvo on puoliläpäisevä: se sallii tiettyjen yhdisteiden syöttämisen ja toiset eivät.

Yksi tunnetuimmista kuljetuksista on natriumkaliumipumppu. Tämä mekanismi luokitellaan aktiiviseksi kuljetukseksi, koska ionien liike tapahtuu niiden pitoisuuksien suhteen ja ainoa tapa suorittaa tämä liike on tuoda energiaa järjestelmään ATP: n muodossa..

On arvioitu, että yksi kolmasosa soluun muodostetusta ATP: stä käytetään pitämään pumppu aktiivisena. Natriumionit pumpataan jatkuvasti solun ulkopuolelle, kun taas kaliumionit tekevät niin päinvastoin.

Loogisesti ATP: n käyttö ei rajoitu natriumin ja kaliumin kuljetukseen. On olemassa muitakin ioneja, kuten kalsiumia, magnesiumia, jotka tarvitsevat tätä energiavaluuttaa.

Osallistuminen proteiinisynteesiin

Proteiinimolekyylit muodostuvat aminohapoista, jotka on liitetty toisiinsa peptidisidoksilla. Niiden muodostaminen edellyttää neljän korkean energian joukkovelkakirjalainan rikkomista. Toisin sanoen huomattava määrä ATP-molekyylejä täytyy hydrolysoida keskipitkän proteiinin muodostamiseksi.

Proteiinien synteesi tapahtuu rakenteissa, joita kutsutaan ribosomeiksi. Ne kykenevät tulkitsemaan messenger-RNA: n hallussa olevaa koodia ja kääntämään sen aminohapposekvenssiksi, ATP: stä riippuvaksi prosessiksi.

Aktiivisimmissa soluissa proteiinisynteesi voi ohjata jopa 75% tässä tärkeässä työssä syntetisoidusta ATP: stä.

Toisaalta solu ei ainoastaan ​​syntetisoi proteiineja, vaan se tarvitsee myös lipidejä, kolesterolia ja muita välttämättömiä aineita, ja se vaatii ATP-sidosten sisältämän energian..

Anna energiaa liikkumiseen

Mekaaninen työ on yksi ATP: n tärkeimmistä toiminnoista. Esimerkiksi, jotta kehomme pystyy toteuttamaan lihaskuitujen supistumisen, tarvitaan suuria energiamääriä.

Lihassa kemiallinen energia voidaan muuntaa mekaaniseksi energiaksi sen muodostavien proteiinien uudelleenjärjestelyn ansiosta. Näiden rakenteiden pituutta muutetaan, lyhennetään, mikä luo jännityksen, joka johtaa liikkeen syntymiseen.

Muissa organismeissa solujen liikkuminen tapahtuu myös ATP: n läsnäolon ansiosta. Esimerkiksi piikkien ja lippujen liikkuminen, joka mahdollistaa eräiden yksisoluisten organismien siirtymisen, tapahtuu ATP: n avulla..

Toinen erityinen liike on amoebic, johon liittyy pseudopodin ulkoneminen solun päissä. Useat solutyypit käyttävät tätä liikkumismekanismia, mukaan lukien leukosyytit ja fibroblastit.

Alkisolujen tapauksessa liikkuminen on välttämätöntä alkion tehokkaalle kehitykselle. Alkion solut siirtävät merkittäviä etäisyyksiä lähtöpaikastaan ​​alueelle, jossa niiden on tuotettava tiettyjä rakenteita.

hydrolyysi

ATP: n hydrolyysi on reaktio, joka käsittää molekyylin hajoamisen veden läsnä ollessa. Reaktio esitetään seuraavasti:

ATP + vesi ⇋ ADP + Pminä + energiaa. Missä termi Pminä se viittaa epäorgaanisen fosfaatin ryhmään ja ADP on adenosiinidifosfaatti. Huomaa, että reaktio on palautuva.

ATP: n hydrolyysi on ilmiö, johon liittyy valtava määrä energiaa. Minkä tahansa pyrofosfaattisidoksen repeämä johtaa 7 kcal: n vapautumiseen moolia kohden, erityisesti 7,3 ATP: tä ADP: hen ja 8,2: een adenosiinimonofosfaatin (AMP) tuottamiseksi ATP: stä. Tämä vastaa 12 000 kaloria ATP: n moolia kohden.

Miksi tämä energia vapautuu??

Koska hydrolyysituotteet ovat paljon vakaampia kuin alkuperäinen yhdiste, eli ATP.

On syytä mainita, että vain pyrofosfaattisidoksilla tapahtuva hydrolyysi, joka johtaa ADP: n tai AMP: n muodostumiseen, johtaa energian syntymiseen tärkeinä määrinä.

Muiden molekyylien sidosten hydrolyysi ei tuota yhtä paljon energiaa, paitsi epäorgaanisen pyrofosfaatin hydrolyysille, jolla on suuri määrä energiaa.

Näiden reaktioiden energian vapautumista käytetään metabolisten reaktioiden suorittamiseksi solun sisällä, koska monet näistä prosesseista vaativat energiaa toimimaan sekä hajoamisreittien alkuvaiheissa että yhdisteiden biosynteesissä..

Esimerkiksi glukoosin aineenvaihdunnassa alkuvaiheet käsittävät molekyylin fosforylaation. Seuraavissa vaiheissa luodaan uusi ATP positiivisen nettotuloksen saamiseksi.

Energian näkökulmasta on olemassa muita molekyylejä, joiden energian vapautuminen on suurempi kuin ATP: n, mukaan lukien 1,3-bifosforlyseraatti, karbamyylifosfaatti, kreatiniinifosfaatti ja fosfoenolipyruvaatti..

ATP: n saaminen

ATP voidaan saada kahdella tavalla: oksidatiivinen fosforylaatio ja fosforylaatio substraatin tasolla. Ensimmäinen vaatii happea, kun taas toinen ei tarvitse sitä. Noin 95% muodostetusta ATP: stä tapahtuu mitokondrioissa.

Oksidatiivinen fosforylaatio

Oksidatiivinen fosforylaatio sisältää ravintoaineiden hapettumisprosessin kahdessa vaiheessa: pelkistettyjen koentsyymien NADH ja FADH saaminen2 vitamiinien johdannaiset.

Näiden molekyylien vähentäminen edellyttää, että ravinteista käytetään vetyjä. Rasva-aineissa koentsyymien tuotanto on huomattava, koska niiden rakenteessa on valtava määrä vetyjä verrattuna peptideihin tai hiilihydraatteihin.

Vaikka koentsyymien tuottamiseen on useita tapoja, tärkein reitti on Krebs-sykli. Tämän jälkeen pelkistetyt koentsyymit ovat keskittyneet mitokondrioissa oleviin hengitysketjuihin, jotka siirtävät elektronit happeen.

Elektroninsiirtoketju muodostuu sarjasta proteiineja, jotka on kytketty kalvoon ja jotka pumppaavat protoneja (H +) ulkopuolelle (katso kuva). Nämä protonit tulevat jälleen kalvon läpi ATP-synteesistä vastaavan toisen proteiinin ATP-syntaasin kautta.

Toisin sanoen meidän on vähennettävä koentsyymejä, enemmän ADP: tä ja happea synnyttävä vettä ja ATP: tä.

Fosforylaatio substraatin tasolla

Fosforylaatio substraatin tasolla ei ole yhtä tärkeä kuin edellä kuvattu mekanismi ja koska se ei vaadi happimolekyylejä, se liittyy yleensä fermentointiin. Tällä tavalla, vaikka se on hyvin nopea, se erottaa vähän energiaa, jos vertaamme sitä hapetusprosessiin, se olisi noin viisitoista kertaa vähemmän.

Kehossamme esiintyy fermentatiivisia prosesseja lihastasolla. Tämä kudos voi toimia ilman happea, joten on mahdollista, että glukoosimolekyyli hajoaa maitohapoksi (kun teemme esimerkiksi tyhjentävää urheilutoimintaa).

Fermentoinnissa lopputuotteella on edelleen energiapotentiaalia, joka voidaan uuttaa. Lihassa käymisen aikana maitohapon hiilit ovat samalla tasolla kuin aloitusmolekyylissä: glukoosi.

Siten energiantuotanto tapahtuu muodostamalla molekyylejä, joilla on korkeat energia-sidokset, mukaan lukien 1,3-bifos- fogliraatti ja fosfoenolipyruvaatti.

Esimerkiksi glykolyysissä näiden yhdisteiden hydrolyysi liittyy ATP-molekyylien tuotantoon, jolloin termi "substraattitasolla".

ATP-jakso

ATP: tä ei tallenneta koskaan. Se on jatkuvassa käytössä ja synteesissä. Tällä tavalla muodostuu tasapaino muodostuneen ATP: n ja sen hydrolysoidun tuotteen, ADP: n, välille.

Muut energiamolekyylit

ATP ei ole ainoa molekyyli, joka koostuu nukleosidibifosfaatista, joka esiintyy solujen aineenvaihdunnassa. On olemassa joukko molekyylejä, joiden rakenteet ovat samankaltaisia ​​kuin ATP: llä ja joilla on vastaava energiakäyttäytyminen, vaikka ne eivät ole yhtä suosittuja kuin ATP..

Merkittävin esimerkki on GTP, guanosiinitrifosfaatti, jota käytetään tunnetuissa Krebs-sykleissä ja gluko- geenogeenisessä reitissä. Muita vähemmän käytettyjä ovat CTP, TTP ja UTP.

viittaukset

  1. Guyton, A.C. & Hall, J. E. (2000). Ihmisen fysiologian oppikirja.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hallin lääketieteellinen fysiologia. Elsevier Brasilia.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Ravitsemussopimus: Elintarvikkeiden koostumus ja ravitsemuksellinen laatu. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Aineenvaihduntaa ja ravitsemusta. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). biokemia. Toimituksellinen The Modern Manual.
  6. Voet, D., Voet, J. G. & Pratt, C. W. (2007). Biokemian perusteet. Medical Editorial Panamericana.