الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP): التعريف والبنية والوظيفة

ATP (الأدينوزين ثلاثي الفوسفات) هو جزيء عضوي موجود في جميع الخلايا الحية. يجب أن تكون الكائنات الحية قادرة على الحركة والتكاثر والعثور على الغذاء.

هذه الأنشطة تأخذ الطاقة وتستند تفاعلات كيميائية داخل الخلايا التي يتكون منها الكائن الحي. تأتي الطاقة لهذه التفاعلات الخلوية من جزيء ATP.

إنه المصدر المفضل للوقود لمعظم الكائنات الحية وغالبًا ما يشار إليه باسم "الوحدة الجزيئية للعملة".

ال يتكون جزيء ATP من ثلاثة أجزاء:

1. ال الأدينوزين الوحدة النمطية عبارة عن قاعدة نيتروجينية تتكون من أربع ذرات نيتروجين ومجموعة NH2 على العمود الفقري لمركب الكربون.
2. ال ريبوز المجموعة عبارة عن سكر خماسي الكربون في وسط الجزيء.
3. ال فوسفات تصطف المجموعات وتربطها ذرات الأكسجين على الجانب الآخر من الجزيء ، بعيدًا عن مجموعة الأدينوزين.

يتم تخزين الطاقة في الروابط بين مجموعات الفوسفات. الانزيمات يمكن فصل واحدة أو اثنتين من مجموعات الفوسفات لتحرير الطاقة المخزنة وتأجيج الأنشطة مثل تقلص العضلات. عندما يفقد ATP مجموعة فوسفات واحدة يصبح ADP أو ثنائي فوسفات الأدينوزين. عندما يفقد ATP مجموعتين من الفوسفات ، فإنه يتغير إلى AMP أو أدينوسين أحادي الفوسفات.

تتكون عملية التنفس على المستوى الخلوي من ثلاث مراحل.

في المرحلتين الأوليين ، يتم تكسير جزيئات الجلوكوز وإنتاج ثاني أكسيد الكربون. يتم تصنيع عدد صغير من جزيئات ATP في هذه المرحلة. يتم إنشاء معظم ATP خلال المرحلة الثالثة من التنفس عبر مركب بروتين يسمى سينسيز ATP.

يجمع التفاعل النهائي في تلك المرحلة نصف جزيء من الأكسجين مع الهيدروجين لإنتاج الماء. ردود الفعل التفصيلية لكل مرحلة هي كما يلي:

يتلقى جزيء الجلوكوز المكون من ستة كربون مجموعتين من الفوسفات من جزيئي ATP ، مما يحولهما إلى ADP. ينقسم فوسفات الجلوكوز المكون من ستة كربون إلى جزئين مكونين من ثلاثة كربون للسكر ، كل واحدة مرفقة بمجموعة فوسفات.

تحت تأثير الإنزيم المساعد NAD + ، تصبح جزيئات فوسفات السكر جزيئات بيروفات ثلاثية الكربون. يصبح جزيء NAD + NADH ، ويتم تصنيع جزيئات ATP من ADP.

ال دورة كريبس يسمى أيضًا دورة حمض الستريك، ويكمل تكسير جزيء الجلوكوز مع توليد المزيد من جزيئات ATP. لكل مجموعة بيروفات ، يتأكسد جزيء واحد من NAD + إلى NADH ، ويتأكسد مساعد الانزيم يسلم A مجموعة الأسيتيل إلى دورة كريبس أثناء إطلاق جزيء ثاني أكسيد الكربون.

لكل دورة من دورة حمض الستريك ومشتقاته ، تنتج الدورة أربعة جزيئات NADH لكل مدخل من البيروفات. في الوقت نفسه ، يأخذ الجزيء FAD اثنين من الهيدروجين وإلكترونين ليصبحا FADH2 ، ويتم إطلاق جزيئين آخرين من ثاني أكسيد الكربون.

أخيرًا ، يتم إنتاج جزيء ATP واحد لكل دورة واحدة من الدورة.

نظرًا لأن كل جزيء جلوكوز ينتج مجموعتي إدخال من البيروفات ، هناك حاجة إلى دورتين من دورة كريبس لاستقلاب جزيء جلوكوز واحد. ينتج هذان المنعطفان ثمانية جزيئات NADH وجزيئين FADH2 وستة جزيئات ثاني أكسيد الكربون.

المرحلة الأخيرة من تنفس الخلية هي سلسلة نقل الإلكترون أو إلخ. تستخدم هذه المرحلة الأكسجين والإنزيمات التي تنتجها دورة كريبس لتجميع عدد كبير من جزيئات ATP في عملية تسمى الفسفرة المؤكسدة. يتبرع NADH و FADH2 بالإلكترونات للسلسلة في البداية ، وتؤدي سلسلة من التفاعلات إلى بناء طاقة كامنة لتكوين جزيئات ATP.

أولاً ، تصبح جزيئات NADH NAD + لأنها تتبرع بالإلكترونات إلى أول مركب بروتين في السلسلة. تتبرع جزيئات FADH2 بالإلكترونات والهيدروجين إلى المركب البروتيني الثاني من السلسلة وتصبح FAD. يتم إرجاع جزيئات NAD + و FAD إلى دورة كريبس كمدخلات.

عندما تنتقل الإلكترونات إلى أسفل السلسلة في سلسلة من الاختزال والأكسدة ، أو الأكسدة والاختزال التفاعلات ، يتم استخدام الطاقة المحررة لضخ البروتينات عبر غشاء ، إما غشاء الخلية بدائيات النوى أو في الميتوكوندريا ل حقيقيات النواة.

عندما تنتشر البروتونات مرة أخرى عبر الغشاء من خلال مركب بروتيني يسمى سينثيز ATP ، يتم استخدام طاقة البروتون لربط مجموعة فوسفات إضافية بـ ADP لتكوين جزيئات ATP.

يتم إنتاج ATP في كل مرحلة من التنفس الخلوي، لكن المرحلتين الأوليين تركزان على تصنيع المواد لاستخدامها في المرحلة الثالثة حيث يتم إنتاج الجزء الأكبر من ATP.

يستخدم التحلل السكري أولاً جزيئين من ATP لتقسيم جزيء الجلوكوز ، ولكن بعد ذلك ينتج أربعة جزيئات ATP من أجل مكاسب صافية تبلغ اثنين. أنتجت دورة كريبس اثنين من جزيئات ATP لكل جزيء جلوكوز مستخدم. أخيرًا ، يستخدم ETC مانحين للإلكترون من المراحل السابقة للإنتاج 34 جزيء من ATP.

وبالتالي تنتج التفاعلات الكيميائية للتنفس الخلوي إجمالي 38 جزيء ATP لكل جزيء جلوكوز يدخل في تحلل السكر.

في بعض الكائنات الحية ، يتم استخدام جزيئين من ATP لنقل NADH من تفاعل تحلل السكر في الخلية إلى الميتوكوندريا. إجمالي إنتاج ATP لهذه الخلايا هو 36 جزيء ATP.

بشكل عام ، تحتاج الخلايا إلى ATP للحصول على الطاقة ، ولكن هناك عدة طرق لاستخدام الطاقة الكامنة من روابط الفوسفات لجزيء ATP. أهم ميزات ATP هي:

• يمكن إنشاؤها في خلية واحدة واستخدامها في أخرى.
• يمكن أن يساعد في تفكيك وبناء جزيئات معقدة.
• يمكن إضافته إلى الجزيئات العضوية لتغيير شكلها. تؤثر كل هذه الميزات على كيفية استخدام الخلية لمواد مختلفة.

رابطة مجموعة الفوسفات الثالثة هي الأكثر نشاطا، ولكن اعتمادًا على العملية ، قد يكسر الإنزيم واحدًا أو اثنين من روابط الفوسفات. هذا يعني أن مجموعات الفوسفات تصبح مرتبطة مؤقتًا بجزيئات الإنزيم ويتم إنتاج إما ADP أو AMP. تم تغيير جزيئات ADP و AMP لاحقًا إلى ATP أثناء التنفس الخلوي.

ال جزيئات الانزيم نقل مجموعات الفوسفات إلى جزيئات عضوية أخرى.

يوجد ATP في جميع الأنسجة الحية ، ويمكنه عبور أغشية الخلايا لتوصيل الطاقة حيث تحتاجها الكائنات الحية. ثلاثة أمثلة لاستخدام ATP هي نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة من الجزيئات العضوية التي تحتوي على مجموعات الفوسفات ، تفاعلات بتيسير من ATP و النقل النشط من الجزيئات عبر الأغشية. في كل حالة ، يطلق ATP واحدة أو اثنتين من مجموعات الفوسفات الخاصة به للسماح بحدوث العملية.

على سبيل المثال، DNA و RNA تتكون الجزيئات من النيوكليوتيدات التي قد تحتوي على مجموعات الفوسفات. يمكن للإنزيمات فصل مجموعات الفوسفات من ATP وإضافتها إلى النيوكليوتيدات حسب الحاجة.

للعمليات التي تنطوي على البروتينات ، أحماض أمينية أو المواد الكيميائية المستخدمة لتقلص العضلات ، يمكن لـ ATP ربط مجموعة فوسفات بجزيء عضوي. يمكن لمجموعة الفوسفات إزالة أجزاء أو المساعدة في عمل إضافات للجزيء ثم إطلاقه بعد تغييره. في خلايا العضلات، يتم تنفيذ هذا النوع من العمل لكل تقلص للخلية العضلية.

في النقل النشط ، يمكن لـ ATP عبور أغشية الخلايا وإحضار مواد أخرى معها. ويمكنه أيضًا ربط مجموعات الفوسفات بالجزيئات تغيير شكلها والسماح لهم بالمرور عبر أغشية الخلايا. بدون ATP ، ستتوقف هذه العمليات ، ولن تكون الخلايا قادرة على العمل.