Adenosintrifosfát (ATP): Definice, struktura a funkce

ATP (adenosintrifosfát) je organická molekula vyskytující se v živých buňkách. Organismy musí být schopny se pohybovat, rozmnožovat a nacházet potravu.

Tyto činnosti berou energii a jsou založeny na chemické reakce uvnitř buněk, které tvoří organismus. Energie pro tyto buněčné reakce pochází z Molekula ATP.

Je to preferovaný zdroj paliva pro většinu živých tvorů a často se o něm říká „molekulární jednotka měny“.

The Molekula ATP má tři části:

1. The adenosin modul je dusíkatá báze tvořená čtyřmi atomy dusíku a skupinou NH2 na páteři uhlíkové sloučeniny.
2. The ribóza skupina je cukr s pěti uhlíky ve středu molekuly.
3. The fosfát skupiny jsou seřazeny a spojeny atomy kyslíku na druhé straně molekuly, daleko od adenosinové skupiny.

Energie je uložena ve vazbách mezi fosfátovými skupinami. Enzymy může oddělit jednu nebo dvě z fosfátových skupin a uvolňovat uloženou energii a podporovat činnosti, jako je svalová kontrakce. Když ATP ztratí jednu fosfátovou skupinu, stane se ADP nebo adenosindifosfát. Když ATP ztratí dvě fosfátové skupiny, změní se na AMP nebo adenosinmonofosfát.

Proces dýchání na buněčné úrovni má tři fáze.

V prvních dvou fázích se molekuly glukózy rozkládají a produkuje se CO2. V tomto bodě je syntetizován malý počet molekul ATP. Většina ATP se vytváří během třetí fáze dýchání prostřednictvím tzv. Proteinového komplexu ATP syntáza.

Konečná reakce v této fázi kombinuje polovinu molekuly kyslíku s vodíkem za vzniku vody. Podrobné reakce každé fáze jsou následující:

Molekula glukózy se šesti uhlíky přijímá dvě fosfátové skupiny ze dvou molekul ATP a přeměňuje je na ADP. Fosfát glukózy se šesti uhlíky se rozkládá na dvě molekuly cukru se třemi uhlíky, každá s připojenou fosfátovou skupinou.

Působením koenzymu NAD + se molekuly fosforečnanu cukru stávají molekulami pyruvátu se třemi uhlíky. Molekula NAD + se stává NADH, a molekuly ATP jsou syntetizovány z ADP.

The Krebsův cyklus se také nazývá cyklus kyseliny citronové, a dokončuje rozklad molekuly glukózy a generuje více molekul ATP. U každé pyruvátové skupiny se jedna molekula NAD + oxiduje na NADH a koenzym A dodává acetylovou skupinu do Krebsova cyklu a uvolňuje molekulu oxidu uhličitého.

Pro každé otočení cyklu kyselinou citronovou a jejími deriváty produkuje cyklus čtyři molekuly NADH pro každý vstup pyruvátu. Současně molekula FAD přijímá dva vodíky a dva elektrony FADH2, a uvolní se další dvě molekuly oxidu uhličitého.

Nakonec se vytvoří jedna molekula ATP za jedno otočení cyklu.

Protože každá molekula glukózy produkuje dvě vstupní skupiny pyruvátu, jsou k metabolizaci jedné molekuly glukózy zapotřebí dvě otočení Krebsova cyklu. Tyto dvě otáčky produkují osm molekul NADH, dvě molekuly FADH2 a šest molekul oxidu uhličitého.

Konečnou fází buněčného dýchání je elektronový transportní řetězec nebo ATD. Tato fáze využívá kyslík a enzymy produkované Krebsovým cyklem k syntéze velkého počtu molekul ATP v procesu zvaném oxydativní fosforylace. NADH a FADH2 nejprve darují elektrony do řetězce a řada reakcí vytváří potenciální energii k vytvoření molekul ATP.

Nejprve se molekuly NADH stanou NAD +, protože darují elektrony prvnímu proteinovému komplexu řetězce. Molekuly FADH2 darují elektrony a vodíky druhému proteinovému komplexu řetězce a stanou se FAD. Molekuly NAD + a FAD jsou vráceny do Krebsova cyklu jako vstupy.

Jak elektrony cestují dolů po řetězci v sérii redukce a oxidace, nebo redox Uvolněná energie se používá k čerpání proteinů přes membránu, buď pro buněčnou membránu prokaryoty nebo v mitochondriích pro eukaryoty.

Když protony difundují zpět přes membránu přes proteinový komplex zvaný ATP syntáza, protonová energie se použije k připojení další fosfátové skupiny k ADP, čímž se vytvoří molekuly ATP.

ATP se vyrábí v každé fázi buněčné dýchání, ale první dvě fáze jsou zaměřeny na syntézu látek pro použití ve třetí fázi, kde probíhá většina produkce ATP.

Glykolýza nejprve používá dvě molekuly ATP pro štěpení molekuly glukózy, ale poté vytvoří čtyři molekuly ATP pro čistý zisk dvou. Vyrobil se Krebsův cyklus další dvě molekuly ATP pro každou použitou molekulu glukózy. Nakonec ETC využívá k výrobě dárce elektronů z předchozích fází 34 molekul ATP.

Chemické reakce buněčného dýchání tedy produkují celkem 38 molekul ATP pro každou molekulu glukózy, která vstupuje do glykolýzy.

V některých organismech se dvě molekuly ATP používají k přenosu NADH z glykolýzní reakce v buňce do mitochondrií. Celková produkce ATP pro tyto buňky je 36 molekul ATP.

Obecně buňky potřebují pro energii ATP, ale existuje několik způsobů, jak se využívá potenciální energie z fosfátových vazeb molekuly ATP. Nejdůležitější vlastnosti ATP jsou:

• Může být vytvořen v jedné buňce a použit v jiné.
• Může pomoci rozpadnout se a vytvořit složité molekuly.
• Může být přidán do organických molekul, aby se změnil jejich tvar. Všechny tyto funkce ovlivňují, jak může buňka používat různé látky.

Třetí vazbou fosfátové skupiny je nejenergetičtější, ale v závislosti na procesu může enzym rozbít jednu nebo dvě fosfátové vazby. To znamená, že fosfátové skupiny se dočasně připojí k molekulám enzymu a vytvoří se buď ADP nebo AMP. Molekuly ADP a AMP se později během buněčného dýchání změní zpět na ATP.

The molekuly enzymu přenášet fosfátové skupiny na jiné organické molekuly.

ATP se nachází v živých tkáních a může procházet buněčnými membránami a dodávat energii tam, kde ji organismy potřebují. Tři příklady použití ATP jsou: syntéza organických molekul, které obsahují fosfátové skupiny, reakce usnadněno ATP a aktivní transport molekul přes membrány. V každém případě ATP uvolňuje jednu nebo dvě ze svých fosfátových skupin, aby umožnil proces.

Například, DNA a RNA molekuly jsou tvořeny nukleotidy které mohou obsahovat fosfátové skupiny. Enzymy mohou oddělit fosfátové skupiny od ATP a podle potřeby je přidat k nukleotidům.

U procesů zahrnujících bílkoviny aminokyseliny nebo chemikálie používané ke kontrakci svalů, může ATP připojit fosfátovou skupinu k organické molekule. Fosfátová skupina může odstranit části nebo pomoci přidat do molekuly a poté ji po změně uvolnit. v svalové buňky, tento druh akce se provádí při každé kontrakci svalové buňky.

Při aktivním transportu může ATP procházet buněčnými membránami a přenášet s sebou další látky. Může také připojit fosfátové skupiny k molekulám změnit jejich tvar a umožnit jim projít buněčnými membránami. Bez ATP by se tyto procesy zastavily a buňky by již nemohly fungovat.