АТП (АДЕНОЗИН ТРИФОСФАТ): СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ, ХИДРОЛИЗА - БИОЛОГИЈА - 2025

АТП (аденозин трифосфат) је органски молекул са високим енергетским везама насталих прстена аденин, рибоза и три фосфатне групе. Он има фундаменталну улогу у метаболизму, јер преноси енергију потребну за одржавање ефикасног низа ћелијских процеса.

Широко је познат под називом „енергетска валута“, јер се њено формирање и употреба одвија лако, што му омогућава да брзо „плати“ за хемијске реакције за које је потребна енергија.

Извор: Корисник: Мисид (Селф-маде ин бкцхем; едитед ин перл.), Виа Викимедиа Цоммонс

Иако је молекул голим оком мали и једноставан, он складишти значајну количину енергије у својим везама. Фосфатне групе имају негативне набоје, који су у сталном одбијању, чинећи то лабилном везом која се лако разбија.

Хидролиза АТП-а је распад молекула присуством воде. Овим процесом се ослобађа задржана енергија.

Постоје два главна извора АТП: фосфорилација на нивоу супстрата и оксидативна фосфорилација, а последњи је најважнији и ћелија га највише користи.

Оксидативна фосфорилација повезује оксидацију ФАДХ ₂ и НАДХ + Х ⁺ у митохондријама, а фосфорилација на нивоу супстрата одвија се изван ланца преноса електрона, на путевима попут гликолизе и циклуса трикарбоксилне киселине.

Овај молекул је одговоран за обезбеђивање енергије потребне за већину процеса који се одвијају унутар ћелије, од синтезе протеина до локомоције. Поред тога, омогућава промет молекула кроз мембране и делује у ћелијској сигнализацији.

Структура

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

- Азотна база, аденин. База азота су циклична једињења која у својој структури садрже једно или више азота. Такође их проналазимо као компоненте у нуклеинским киселинама, ДНК и РНК.

- Рибоза се налази у центру молекуле. То је шећер пентозе, јер има пет атома угљеника. Његова хемијска формула је Ц ₅ Х ₁₀ О ₅ . Угљен 1 рибозе је везан на аденински прстен.

- Три фосфатна радикала. Последња два су „високоенергетске везе“ и у графичким структурама су представљене симболом нагиба: ~. Фосфатна група једна је од најважнијих у биолошком систему. Три групе се називају алфа, бета и гама, од најближих до најудаљенијих.

Ова веза је веома лабилна, па се дели брзо, лако и спонтано када то одређују физиолошка стања тела. То се дешава зато што се негативни набоји три фосфатне групе стално покушавају удаљити један од другог.

Карактеристике

АТП игра незамјењиву улогу у енергетском метаболизму готово свих живих организама. Из тог разлога се често назива енергетском валутом, јер се може континуирано трошити и допуњавати 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, а за синтезу других биомолекула, учествује у трговини путем мембрана, између осталих.

Примене АТП-а могу се поделити у главне категорије: транспорт молекула кроз биолошке мембране, синтеза различитих једињења и, на крају, механички рад.

Функције АТП-а су веома широке. Даље, укључен је у толико много реакција да их је све немогуће именовати. Стога ћемо размотрити три конкретна примера да бисмо објаснили сваку од поменуте три употребе.

Снабдевање енергијом за транспорт натријума и калијума кроз мембрану

Ћелија је високо динамично окружење које захтева одржавање специфичних концентрација. Већина молекула не уђе у ћелију насумично или случајно. Да би неки молекул или супстанца ушли, мора то да уради својим специфичним преносиоцем.

Транспортери су протеини који се протежу у мембрани и који функционишу као "вратари" ћелија, контролишући проток материјала. Стога је мембрана полупропусна: омогућава одређеним једињењима да уђу, а другима не.

Један од најпознатијих превоза је пумпа натријум-калијум. Овај механизам је класификован као активни транспорт, јер се кретање јона дешава насупрот њиховим концентрацијама и једини начин да се тај покрет изведе је уношењем енергије у систем, у облику АТП-а.

Процењује се да се једна трећина АТП-а формираног у ћелији користи да би пумпа била активна. Јони натријума се стално издувавају из ћелије, док се јони калијуми пумпају у обрнутом смеру.

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

Учешће у синтези протеина

Молекули протеина састоје се од аминокиселина повезаних пептидним везама. Да би се формирали потребно је пуцање четири високоенергетске везе. Другим речима, значајан број АТП молекула мора да се хидролизује да би се створио протеин просечне дужине.

Синтеза протеина одвија се у структурама које се називају рибосоми. Они су у стању да протумаче код који има месна РНА и преведу је у аминокиселинску секвенцу, процес зависан од АТП-а.

У најактивнијим ћелијама синтеза протеина може усмеравати до 75% АТП-а синтетизованог у овом важном делу.

С друге стране, ћелија не само да синтетише протеине, већ јој требају и липиди, холестерол и друге суштинске материје, а за то јој је потребна енергија садржана у АТП везама.

Обезбедите енергију за кретање

Механички рад је једна од најважнијих функција АТП-а. На пример, да би наше тело могло да изврши контракцију мишићних влакана, неопходна је доступност великих количина енергије.

У мишићима се хемијска енергија може трансформисати у механичку енергију захваљујући реорганизацији протеина уз могућност сажимања који их формирају. Дужина ових структура је модификована, скраћена, што ствара напетост која се претвара у стварање покрета.

У осталим организмима, кретање ћелија се такође догађа захваљујући присуству АТП-а. На пример, кретање цилија и флагела које омогућавају премештање одређених једноћелијских организама догађа се коришћењем АТП-а.

Други посебан покрет је онај амеба који укључује избочење псеудопода на крајевима ћелије. Неколико типова ћелија користи овај механизам за кретање, укључујући леукоците и фибробласте.

У случају заметних ћелија, локомоција је од суштинског значаја за ефикасан развој ембриона. Ембрионалне ћелије путују важне удаљености од свог места порекла до региона где морају да потичу одређене структуре.

Хидролиза

Хидролиза АТП-а је реакција која укључује распад молекула у присуству воде. Реакција је представљена на следећи начин:

АТП + вода ⇋ АДП + П _и + енергија. Где се термин П _и односи на неорганску фосфатну групу, а АДП је аденозин-дифосфат. Имајте на уму да је реакција реверзибилна.

Хидролиза АТП-а је појава која укључује ослобађање огромне количине енергије. Раскид било које од пирофосфатних веза резултира ослобађањем 7 кцал по молу - тачније 7,3 из АТП у АДП и 8,2 за производњу аденозин монофосфата (АМП) из АТП. То износи 12.000 калорија по молу АТП-а.

Зашто долази до овог ослобађања енергије?

Пошто су производи хидролизе много стабилнији од почетног једињења, то јест АТП.

Треба напоменути да само хидролиза која се догађа на пирофосфатним везама може довести до стварања АДП-а или АМП-а доводи до стварања енергије у значајним количинама.

Хидролиза осталих веза у молекули не даје толико енергије, са изузетком хидролизе неорганског пирофосфата, који има велику количину енергије.

Ослобађање енергије из ових реакција користи се за обављање метаболичких реакција унутар ћелије, јер је многим тим процесима потребна енергија да би функционисала и у почетним корацима деградационих путева и у биосинтези једињења. .

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

Са енергетског становишта, постоје и други молекули чија је енергија ослобађања већа од енергије АТП-а, укључујући 1,3-бисфосфоглицерат, карбамилфосфат, креатинин-фосфат и фосфоенолпируват.

Добијање АТП-а

АТП се може добити на два начина: оксидативна фосфорилација и фосфорилација на нивоу супстрата. Првима је потребан кисеоник, док другом није. Око 95% формираног АТП-а јавља се у митохондријама.

Оксидативне фосфорилације

Оксидативна фосфорилација укључује двофазни процес оксидације хранљивих материја: добијање редукованих коензима НАДХ и ФАДХ ₂ изведених из витамина.

Редукција ових молекула захтева употребу водоника из хранљивих састојака. Производња коензима у мастима је изванредна, захваљујући огромној количини хидрогена коју имају у својој структури, у поређењу с пептидима или угљеним хидратима.

Иако постоји неколико путева производње коензима, најважнији пут је Кребсов циклус. Након тога, редуковани коензими концентришу се у респираторним ланцима који се налазе у митохондријима, који електроне преносе кисеоником.

Ланац транспорта електрона састоји се од низа протеина везаних мембраном који протоне (Х +) пумпају споља (види слику). Ови протони поново улазе и прелазе преко мембране помоћу другог протеина, АТП синтазе, одговорне за синтезу АТП.

Другим речима, морамо да смањимо коенциме, више АДП-а и кисеоника стварају воду и АТП.

Извор: Аутор: Бустаманте Иесс, из Викимедиа Цоммонс

Фосфорилација на нивоу супстрата

Фосфорилација на нивоу супстрата није толико битна као горе описани механизам, а пошто не захтевају молекуле кисеоника, често је повезана са ферментацијом. На тај начин, иако је веома брз, извлачи се мало енергије, ако га упоредимо са процесом оксидације био би отприлике петнаест пута мањи.

У нашем телу се ферментацијски процеси одвијају на нивоу мишића. Ово ткиво може функционисати без кисеоника, па је могуће да се молекул глукозе разгради до млечне киселине (на пример, када радимо неке исцрпне спортске активности).

У ферментацији, крајњи производ и даље има енергетски потенцијал који се може екстраховати. У случају ферментације у мишићима, угљеници у млечној киселини су на истом нивоу редукције као и у почетном молекулу: глукоза.

Дакле, производња енергије настаје формирањем молекула који имају високоенергетске везе, укључујући 1,3-бисфосфоглират и фосфоенолпируват.

На пример, у гликолизи, хидролиза ових једињења је повезана са производњом АТП молекула, отуда и термин „на нивоу супстрата“.

АТП циклус

АТП се никада не чува. У континуираном је циклусу употребе и синтезе. Ово ствара равнотежу између формираног АТП-а и његовог хидролизираног производа, АДП.

Извор: Аутор Муессиг, из Викимедиа Цоммонс

Остали енергетски молекули

АТП није једини молекул састављен од нуклеозид бисфосфата који постоји у ћелијском метаболизму. Постоји велики број молекула са структурама сличним АТП-у који имају упоредиво енергетско понашање, иако нису толико популарни као АТП.

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

Референце

1. Гуитон, АЦ, & Халл, ЈЕ (2000). Уџбеник људске физиологије.
2. Халл, ЈЕ (2017). Трактат о медицинској физиологији Гуитон Е Халл. Елсевиер Бразил.
3. Хернандез, АГД (2010). Трактат о исхрани: Састав и храњиви квалитет хране. Панамерицан Медицал Ед.
4. Лим, МИ (2010). Основе метаболизма и исхране. Елсевиер.
5. Пратт, ЦВ и Катхлеен, Ц. (2012). Биохемија. Редакција Ел Мануал Модерно.
6. Воет, Д., Воет, ЈГ, & Пратт, ЦВ (2007). Основе биохемије. Уредништво Медица Панамерицана.