Adenosintrifosfat (ATP): Definition, struktur og funktion

ATP (adenosintrifosfat) er et organisk molekyle, der findes i levende celler. Organismer skal være i stand til at bevæge sig, reproducere og finde næring.

Disse aktiviteter tager energi og er baseret på kemiske reaktioner inde i cellerne, der udgør organismen. Energien til disse cellulære reaktioner kommer fra ATP-molekyle.

Det er den foretrukne kilde til brændstof til de fleste levende ting og omtales ofte som "den molekylære valutaenhed."

Det ATP-molekyle har tre dele:

1. Det adenosin modul er en nitrogenholdig base, der består af fire nitrogenatomer og en NH2-gruppe på en carbonforbindelse-rygrad.
2. Det ribose gruppe er et sukker med fem kulstofarter i midten af ​​molekylet.
3. Det fosfat grupper er opstillet og bundet af iltatomer på den anden side af molekylet, væk fra adenosingruppen.

Energi lagres i forbindelserne mellem fosfatgrupperne. Enzymer kan frigøre en eller to af fosfatgrupperne, der frigør den lagrede energi og give næring til aktiviteter såsom muskelsammentrækning. Når ATP mister en fosfatgruppe, bliver den

Åndedrætsprocessen på celleniveau har tre faser.

I de første to faser nedbrydes glukosemolekyler, og der produceres CO2. Et lille antal ATP-molekyler syntetiseres på dette tidspunkt. Det meste af ATP oprettes i den tredje fase af respirationen via et proteinkompleks kaldet ATP-syntase.

Den sidste reaktion i den fase kombinerer et halvt iltmolekyle med brint til dannelse af vand. De detaljerede reaktioner i hver fase er som følger:

Et seks-kulstof-glukosemolekyle modtager to fosfatgrupper fra to ATP-molekyler, hvilket gør dem til ADP. Glukosefosfatet med seks kulstofopdeles i to sukkermolekyler med tre kulstof, hver med en fosfatgruppe fastgjort.

Under virkningen af ​​coenzym NAD + bliver sukkerphosphatmolekylerne til tre-carbon-pyruvatmolekyler. NAD + -molekylet bliver NADH, og ATP-molekyler syntetiseres fra ADP.

Det Krebs cykler kaldes også citronsyrecyklus, og det fuldender nedbrydningen af ​​glucosemolekylet, mens det genererer flere ATP-molekyler. For hver pyruvatgruppe oxideres et NAD + -molekyle til NADH, og det koenzym A leverer en acetylgruppe til Krebs-cyklussen, mens den frigiver et kuldioxidmolekyle.

For hver cyklusomgang gennem citronsyre og dens derivater producerer cyklussen fire NADH-molekyler for hver pyruvatinput. På samme tid tager molekylet FAD på sig to hydrogener og to elektroner til at blive FADH2, og yderligere to kuldioxidmolekyler frigives.

Endelig produceres et enkelt ATP-molekyle pr. Cyklus.

Fordi hvert glukosemolekyle producerer to pyruvatindgangsgrupper, er der behov for to vendinger af Krebs-cyklussen for at metabolisere et glukosemolekyle. Disse to vendinger producerer otte NADH-molekyler, to FADH2-molekyler og seks kuldioxidmolekyler.

Den sidste fase af celleåndedræt er elektrontransportkæde eller ETC. Denne fase bruger ilt og enzymer produceret af Krebs-cyklussen til at syntetisere et stort antal ATP-molekyler i en proces kaldet oxydativ phosphorylering. NADH og FADH2 donerer elektroner til kæden i starten, og en række reaktioner opbygger potentiel energi til at skabe ATP-molekyler.

For det første bliver NADH-molekyler til NAD +, da de donerer elektroner til det første proteinkompleks i kæden. FADH2-molekylerne donerer elektroner og hydrogener til det andet proteinkompleks i kæden og bliver FAD. NAD + og FAD-molekylerne returneres til Krebs-cyklussen som input.

Når elektronerne bevæger sig ned ad kæden i en række reduktion og oxidation, eller redox reaktioner bruges den frigjorte energi til at pumpe proteiner over en membran, enten cellemembranen til prokaryoter eller i mitokondrierne til eukaryoter.

Når protonerne diffunderer tilbage over membranen gennem et proteinkompleks kaldet ATP-syntase, bruges protonenergien til at fastgøre en yderligere fosfatgruppe til ADP, der skaber ATP-molekyler.

ATP produceres på hvert trin i cellulær respiration, men de to første faser er fokuseret på at syntetisere stoffer til brug i det tredje trin, hvor størstedelen af ​​ATP-produktionen finder sted.

Glykolyse bruger først to ATP-molekyler til opdeling af et glukosemolekyle, men skaber derefter fire ATP-molekyler til en nettogevinst på to. Krebs-cyklen produceres yderligere to ATP-molekyler for hvert anvendte glukosemolekyle. Endelig bruger ETC elektrondonorer fra de foregående faser til at producere 34 molekyler af ATP.

De kemiske reaktioner ved cellulær respiration producerer derfor i alt 38 ATP-molekyler for hvert glukosemolekyle, der kommer ind i glykolyse.

I nogle organismer anvendes to ATP-molekyler til at overføre NADH fra glykolysereaktionen i cellen til mitokondrierne. Den samlede ATP-produktion for disse celler er 36 ATP-molekyler.

Generelt har celler brug for ATP for energi, men der er flere måder, den potentielle energi fra phosphatbindingerne i ATP-molekylet bruges på. De vigtigste funktioner i ATP er:

• Det kan oprettes i en celle og bruges i en anden.
• Det kan hjælpe med at bryde fra hinanden og opbygge komplekse molekyler.
• Det kan føjes til organiske molekyler for at ændre deres form. Alle disse funktioner påvirker, hvordan en celle kan bruge forskellige stoffer.

Den tredje phosphatgruppebinding er mest energiske, men afhængigt af processen kan et enzym bryde en eller to af phosphatbindingerne. Dette betyder, at phosphatgrupperne midlertidigt bindes til enzymmolekylerne, og der produceres enten ADP eller AMP. ADP- og AMP-molekylerne skiftes senere tilbage til ATP under cellulær respiration.

Det enzymmolekyler overføre fosfatgrupperne til andre organiske molekyler.

ATP findes i levende væv, og det kan krydse cellemembraner for at levere energi, hvor organismerne har brug for det. Tre eksempler på ATP-brug er syntese af organiske molekyler, der indeholder fosfatgrupper, reaktioner lettet af ATP og aktiv transport af molekyler på tværs af membraner. I begge tilfælde frigiver ATP en eller to af sine fosfatgrupper for at tillade processen at finde sted.

For eksempel, DNA og RNA molekyler består af nukleotider der kan indeholde fosfatgrupper. Enzymer kan frigøre phosphatgrupper fra ATP og tilføje dem til nukleotider efter behov.

Til processer, der involverer proteiner, aminosyrer eller kemikalier, der bruges til muskelsammentrækning, kan ATP knytte en fosfatgruppe til et organisk molekyle. Fosfatgruppen kan fjerne dele eller hjælpe med at foretage tilføjelser til molekylet og derefter frigive det efter ændring af det. I muskelceller, denne form for handling udføres for hver sammentrækning af muskelcellen.

I aktiv transport kan ATP krydse cellemembraner og bringe andre stoffer med sig. Det kan også knytte fosfatgrupper til molekyler til ændre deres form og lad dem passere gennem cellemembraner. Uden ATP ville disse processer stoppe, og celler ville ikke længere være i stand til at fungere.