ATP (adenozīna trifosfāta) struktūra, funkcijas, hidrolīze



The ATP (adenozīna trifosfāts) ir organiska molekula ar augstu enerģijas saiti, ko veido adenīna gredzens, riboze un trīs fosfātu grupas. Tam ir būtiska loma vielmaiņā, jo tā transportē nepieciešamo enerģiju, lai uzturētu efektīvu šūnu procesu virkni.

Tas ir plaši pazīstams ar terminu "enerģijas valūta", jo tā veidošanās un izmantošana notiek viegli, ļaujot ātri samaksāt ķīmiskās reakcijas, kurām nepieciešama enerģija..

Lai gan neapbruņotā acī esošā molekula ir maza un vienkārša, tā saitēs ietaupa ievērojamu enerģijas daudzumu. Fosfātu grupām ir negatīvi lādiņi, kas pastāvīgi atgrūž, padarot to par labilu un viegli sadalītu saiti.

ATP hidrolīze ir molekulas sadalīšanās ar ūdens klātbūtni. Ar šo procesu tiek atbrīvota ierobežotā enerģija.

Pastāv divi galvenie ATP avoti: fosforilācija substrāta līmenī un oksidatīvā fosforilācija, pēdējais ir vissvarīgākais un visvairāk izmanto šūnu.

Oksidatīvā fosforilācija savieno FADH oksidāciju2 un NADH + H+ mitohondrijās un fosforilēšanās substrāta līmenī notiek ārpus elektronu transportēšanas ķēdes, tādos ceļos kā glikolīze un trikarboksilskābes cikls.

Šī molekula ir atbildīga par enerģijas piegādi, kas nepieciešama lielākajai daļai šūnā notiekošo procesu, sākot no proteīna sintēzes līdz lokomotīvei. Turklāt tas ļauj molekulām pārvietoties caur membrānām un iedarbojas uz šūnu signalizāciju.

Indekss

  • 1 Struktūra
  • 2 Funkcijas
    • 2.1. Energoapgāde nātrija un kālija transportēšanai caur membrānu
    • 2.2. Piedalīšanās olbaltumvielu sintēzē
    • 2.3. Enerģijas piegāde kustībai
  • 3 Hidrolīze
    • 3.1. Kāpēc notiek enerģijas izdalīšanās?
  • 4 ATP iegūšana
    • 4.1 Oksidatīvā fosforilācija
    • 4.2. Fosforilēšana substrāta līmenī
  • 5 ATP cikls
  • 6 Citas enerģijas molekulas
  • 7 Atsauces

Struktūra

ATP, kā norāda tā nosaukums, ir nukleotīds ar trim fosfātiem. Tās īpašā struktūra, īpaši divas pirofosfāta saites, padara to par enerģiju bagātu savienojumu. Tas sastāv no šādiem elementiem:

- Slāpekļa bāze, adenīns. Slāpekļa bāzes ir cikliski savienojumi, kas savā struktūrā satur vienu vai vairākus slāpekļus. Mēs atrodam arī tos kā komponentus nukleīnskābēs, DNS un RNS.

- Riboze atrodas molekulas centrā. Tas ir pentozes cukurs, jo tam ir pieci oglekļa atomi. Tās ķīmiskā formula ir C5H10O5. Ribozes ogleklis 1 ir pievienots adenīna gredzenam.

- Trīs fosfātu radikāļi. Pēdējās divas ir "augstas enerģijas saites" un ir attēlotas grafiskajās struktūrās ar virgulilla simbolu: ~. Fosfātu grupa ir viena no svarīgākajām bioloģiskajās sistēmās. Trīs grupas tiek sauktas par alfa, beta un gamma, kas atrodas vistuvāk no vistālāk.

Šī saikne ir ļoti labila, tāpēc tā ātri, viegli un spontāni tiek sadalīta, ja to prasa fizioloģiskie apstākļi. Tas notiek tāpēc, ka triju fosfātu grupu negatīvās maksas cenšas pastāvīgi aizbraukt viena no otras.

Funkcijas

ATP ir neaizstājama loma gandrīz visu dzīvo organismu enerģijas metabolismā. Šā iemesla dēļ to bieži sauc par enerģijas valūtu, jo to var iztērēt un nepārtraukti papildināt tikai dažu minūšu laikā..

Tieša vai netieša ATP nodrošina enerģiju simtiem procesu, papildus darbībai kā fosfāta donoram.

Kopumā ATP darbojas kā signalizācijas molekula šūnu iekšienē notiekošajos procesos, ir nepieciešams sintezēt DNS un RNS komponentus un citu biomolekulu sintēzi, tā piedalās satiksmē caur cita starpā membrānas.

ATP izmantošanu var iedalīt galvenajās kategorijās: molekulu transportēšana caur bioloģiskām membrānām, dažādu savienojumu sintēze un, visbeidzot, mehāniskais darbs..

ATP funkcijas ir ļoti plašas. Turklāt tā ir iesaistījusies tik daudzās reakcijās, ka nav iespējams tos visus nosaukt. Tāpēc mēs apspriedīsim trīs konkrētus piemērus, lai piemērotu katru no trim minētajiem izmantošanas veidiem.

Energoapgāde nātrija un kālija transportēšanai caur membrānu

Šūna ir ārkārtīgi dinamiska vide, kas prasa saglabāt specifiskas koncentrācijas. Lielākā daļa molekulu neietekmē šūnā nejauši vai nejauši. Lai molekula vai viela varētu iekļūt, tai tas jādara tās īpašajam pārvadātājam.

Pārvadātāji ir olbaltumvielas, kas šķērso membrānu un darbojas kā šūnu "vārti", kontrolējot materiālu plūsmu. Tāpēc membrāna ir puscaurlaidīga: tas ļauj dažiem savienojumiem iekļūt un citi nav.

Viens no pazīstamākajiem pārvadājumiem ir nātrija-kālija sūknis. Šis mehānisms ir klasificēts kā aktīvs transports, jo jonu kustība notiek pret to koncentrāciju un vienīgais veids, kā šo kustību veikt, ir ieviest enerģiju sistēmā, ATP formā..

Tiek lēsts, ka viena trešdaļa no šūnā veidotās ATP tiek izmantota, lai sūknis būtu aktīvs. Nātrija jonus nepārtraukti sūknē uz šūnu ārpusi, bet kālija joni to dara pretēji.

Loģiski, ka ATP izmantošana neaprobežojas tikai ar nātrija un kālija transportēšanu. Ir arī citi joni, piemēram, kalcijs, magnija, kam ir nepieciešama šī enerģijas valūta.

Piedalīšanās olbaltumvielu sintēzē

Olbaltumvielu molekulas veido aminoskābes, ko savieno peptīdu saites. Lai tos veidotu, ir jāiznīcina četras augstas enerģijas obligācijas. Citiem vārdiem sakot, ievērojams skaits ATP molekulu ir jā hidrolizē, lai veidotu vidēja garuma proteīnu.

Olbaltumvielu sintēze notiek struktūrās, ko sauc par ribosomām. Viņi spēj interpretēt ziņotāja RNS rīcībā esošo kodu un pārvērst to aminoskābju secībā, ATP atkarīgā procesā.

Visaktīvākajās šūnās proteīnu sintēze var novirzīt līdz 75% šajā svarīgajā darbā sintezētā ATP.

No otras puses, šūna ne tikai sintezē olbaltumvielas, bet arī vajag lipīdus, holesterīnu un citas neaizstājamas vielas, un tas prasa ATP obligācijās esošo enerģiju..

Nodrošināt enerģiju kustībai

Mehāniskais darbs ir viena no svarīgākajām ATP funkcijām. Piemēram, lai mūsu ķermenis spētu izpildīt muskuļu šķiedru kontrakciju, ir nepieciešama liela enerģijas daudzuma pieejamība.

Muskulī ķīmiskā enerģija var tikt pārveidota mehāniskā enerģijā, pateicoties to proteīnu ar kontrakcijas spēju reorganizācijai. Šo struktūru garums ir mainīts, saīsināts, kas rada spriedzi, kas rada kustības veidošanos.

Citos organismos šūnu kustība notiek arī pateicoties ATP klātbūtnei. Piemēram, izmantojot ATP, tiek izmantotas zilbju un flagellu kustības, kas ļauj pārvietot dažus vienšūnas organismus..

Vēl viena īpaša kustība ir amoebika, kas ietver pseudopoda izvirzīšanu šūnu galos. Vairāki šūnu veidi izmanto šo lokomotīves mehānismu, ieskaitot leikocītos un fibroblastus.

Dzimumšūnu gadījumā kustība ir būtiska embrija efektīvai attīstībai. Embrionālās šūnas pārvieto svarīgus attālumus no izcelsmes vietas uz reģionu, kur tiem ir jāveido īpašas struktūras.

Hidrolīze

ATP hidrolīze ir reakcija, kas ietver molekulas sadalīšanos ar ūdens klātbūtni. Reakcija ir šāda:

ATP + ūdens ⇋ ADP + Pi + enerģiju Kur, termins Pi tas attiecas uz neorganiskā fosfāta grupu un ADP ir adenozīna difosfāts. Ņemiet vērā, ka reakcija ir atgriezeniska.

ATP hidrolīze ir parādība, kas ietver milzīgu enerģijas daudzumu. Jebkuras pirofosfātu saiknes pārrāvums izraisa 7 kcal izdalīšanos uz molu - īpaši 7,3 ATP uz ADP un 8,2 adenozīna monofosfāta (AMP) ražošanai no ATP. Tas ir vienāds ar 12 000 kalorijām uz vienu mola ATP.

Kāpēc notiek šāda enerģijas izdalīšanās??

Tā kā hidrolīzes produkti ir daudz stabilāki nekā sākotnējais savienojums, tas ir, ATP.

Jāatzīmē, ka tikai hidrolīze, kas notiek ar pirofosfātu saistībām, lai radītu ADP vai AMP, izraisa enerģijas veidošanos nozīmīgos daudzumos..

Pārējo savienojumu hidrolīze molekulā nenodrošina tik daudz enerģijas, izņemot neorganiskā pirofosfāta hidrolīzi, kurai ir liels enerģijas daudzums..

Enerģijas izdalīšanos no šīm reakcijām izmanto, lai veiktu vielmaiņas reakcijas šūnas iekšienē, jo daudziem no šiem procesiem ir nepieciešama enerģija, lai darbotos gan sākotnējos sadalīšanās ceļu posmos, gan savienojumu biosintēzes procesā..

Piemēram, glikozes metabolismā sākotnējie soļi ietver molekulas fosforilēšanu. Turpmākajos posmos tiek ģenerēts jauns ATP, lai iegūtu pozitīvu neto peļņu.

No enerģētikas viedokļa ir arī citas molekulas, kuru enerģijas izdalīšanās ir lielāka nekā ATP, tostarp 1,3-bifosoglicerāts, karbamilfosfāts, kreatinīna fosfāts un fosoenolpiruvāts..

ATP iegūšana

ATP var iegūt divos veidos: oksidatīvā fosforilācija un fosforilācija substrāta līmenī. Pirmajam ir nepieciešams skābeklis, bet otram tas nav vajadzīgs. Aptuveni 95% no ATP veidojas mitohondrijās.

Oksidatīvā fosforilācija

Oksidatīvā fosforilācija ietver barības vielu oksidācijas procesu divās fāzēs: samazinātu koenzīmu NADH un FADH iegūšanu.2 vitamīnu atvasinājumi.

Šo molekulu samazināšanai ir nepieciešams izmantot ūdeņradis no barības vielām. Taukos koenzīmu ražošana ir ievērojama, pateicoties milzīgajam ūdeņraža daudzumam, kas tiem ir to struktūrā, salīdzinot ar peptīdiem vai ar ogļhidrātu..

Lai gan ir vairāki veidi, kā ražot koenzīmus, vissvarīgākais ceļš ir Krebsa cikls. Pēc tam samazinātie koenzīmi koncentrējas elpošanas ķēdēs, kas atrodas mitohondrijās, kas elektronus pārnes uz skābekli..

Elektronu transportēšanas ķēdi veido virkne proteīnu, kas ir savienoti ar membrānu, kas sūknē protonus (H +) uz ārpusi (skat. Attēlu). Šie protoni atkal šķērso membrānu caur citu proteīnu, ATP sintēzi, kas atbild par ATP sintēzi.

Citiem vārdiem sakot, mums jāsamazina koenzīmi, vairāk ADP un skābekļa rodas ūdens un ATP.

Fosforilēšana substrāta līmenī

Fosforilēšana substrāta līmenī nav tik svarīga kā iepriekš aprakstītais mehānisms, un, tā kā tam nav nepieciešamas skābekļa molekulas, tas parasti ir saistīts ar fermentāciju. Tādā veidā, lai gan tas ir ļoti ātrs, tad enerģija tiek izvadīta nedaudz, ja salīdzinām to ar oksidācijas procesu, tas būtu apmēram piecpadsmit reizes mazāks.

Mūsu organismā fermentācijas procesi notiek muskuļu līmenī. Šis audums var darboties bez skābekļa, tāpēc ir iespējams, ka glikozes molekula tiek sadalīta pienskābē (piemēram, ja mēs veicam kādu izsmeļošu sporta nodarbību)..

Fermentācijā gala produktam joprojām ir enerģijas potenciāls, ko var iegūt. Fermentācijas gadījumā muskuļos pienskābes ogļūdeņraži ir tādā pašā samazinājuma līmenī kā sākotnējā molekulā: glikoze..

Tādējādi enerģijas ražošana notiek, veidojot molekulas, kurām ir augstas enerģētiskās saites, ieskaitot 1,3-bifosoglirātu un fosfololpiruvātu..

Piemēram, glikolīzes gadījumā šo savienojumu hidrolīze ir saistīta ar ATP molekulu ražošanu, līdz ar to termins "substrāta līmenī"..

ATP cikls

ATP nekad netiek saglabāts. Tas ir nepārtrauktā lietošanas un sintēzes ciklā. Tādā veidā tiek izveidots līdzsvars starp izveidoto ATP un tā hidrolizēto produktu - ADP.

Citas enerģijas molekulas

ATP nav vienīgā molekula, kas sastāv no nukleozīdu bifosfāta, kas pastāv šūnu metabolismā. Ir virkne molekulu ar tādām struktūrām kā ATP, kam ir līdzīga enerģijas uzvedība, lai gan tie nav tik populāri kā ATP..

Lielākais piemērs ir GTP, guanozīna trifosfāts, ko izmanto zināmā Krebsa ciklā un glikonogēnā ceļā. Citi mazāk izmantoti ir CTP, TTP un UTP.

Atsauces

  1. Guyton, A.C. & Hall, J. E. (2000). Cilvēka fizioloģijas mācību grāmata.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall traktāts par medicīnas fizioloģiju. Elsevier Brazīlija.
  3. Hernandezs, A. G. D. (2010). Uztura līgums: pārtikas sastāvs un uztura kvalitāte. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Metabolisma un uztura būtība. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). Bioķīmija. Redakcija The Modern Manual.
  6. Voet, D., Voet, J. G. un Pratt, C. W. (2007). Bioķīmijas pamati. Medicīnas redakcijas Panamericana.