Τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP): Ορισμός, δομή & λειτουργία

ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) είναι ένα οργανικό μόριο που βρίσκεται σε ζωντανά κύτταρα. Οι οργανισμοί πρέπει να είναι σε θέση να κινούνται, να αναπαράγονται και να βρίσκουν τροφή.

Αυτές οι δραστηριότητες παίρνουν ενέργεια και βασίζονται σε χημικές αντιδράσεις μέσα στα κύτταρα που απαρτίζουν τον οργανισμό. Η ενέργεια για αυτές τις κυτταρικές αντιδράσεις προέρχεται από το Μόριο ATP.

Είναι η προτιμώμενη πηγή καυσίμου για τα περισσότερα έμβια όντα και συχνά αναφέρεται ως «μοριακή μονάδα νομίσματος».

ο Το μόριο ATP έχει τρία μέρη:

1. ο αδενοσίνη Το δομοστοιχείο είναι μια αζωτούχος βάση αποτελούμενη από τέσσερα άτομα αζώτου και μια ομάδα ΝΗ2 σε μια ραχοκοκαλιά σύνθετου άνθρακα.
2. ο ριβόζη ομάδα είναι ένα σάκχαρο πέντε-άνθρακα στο κέντρο του μορίου.
3. ο φωσφορικό άλας ομάδες ευθυγραμμίζονται και συνδέονται με άτομα οξυγόνου στην άκρη πλευρά του μορίου, μακριά από την ομάδα αδενοσίνης.

Η ενέργεια αποθηκεύεται στους δεσμούς μεταξύ των φωσφορικών ομάδων. Ένζυμα μπορεί να αποσυνδέσει μία ή δύο από τις ομάδες φωσφορικών που απελευθερώνουν την αποθηκευμένη ενέργεια και τροφοδοτούν δραστηριότητες όπως η συστολή των μυών. Όταν το ATP χάνει μία φωσφορική ομάδα, γίνεται

Η διαδικασία αναπνοής στο κυτταρικό επίπεδο έχει τρεις φάσεις.

Στις δύο πρώτες φάσεις, τα μόρια γλυκόζης διασπώνται και παράγεται CO2. Ένας μικρός αριθμός μορίων ΑΤΡ συντίθενται σε αυτό το σημείο. Το μεγαλύτερο μέρος του ATP δημιουργείται κατά τη διάρκεια της τρίτης φάσης της αναπνοής μέσω ενός πρωτεϊνικού συμπλέγματος που ονομάζεται Σύνθεση ATP.

Η τελική αντίδραση σε αυτήν τη φάση συνδυάζει μισό μόριο οξυγόνου με υδρογόνο για την παραγωγή νερού. Οι λεπτομερείς αντιδράσεις κάθε φάσης είναι οι εξής:

Ένα μόριο γλυκόζης έξι-άνθρακα δέχεται δύο φωσφορικές ομάδες από δύο μόρια ATP, μετατρέποντάς τα σε ADP. Το φωσφορικό γλυκόζη έξι-άνθρακα χωρίζεται σε δύο μόρια σακχάρου τριών-άνθρακα, το καθένα με μια ομάδα φωσφορικών.

Υπό τη δράση του συνενζύμου NAD +, τα μόρια φωσφορικού σακχάρου γίνονται μόρια πυροσταφυλικού τριών άνθρακα. Το μόριο NAD + γίνεται NADH, και ATP μόρια συντίθενται από ADP.

ο Κύκλος Krebs ονομάζεται επίσης το κύκλος του κιτρικού οξέος, και ολοκληρώνει την κατανομή του μορίου γλυκόζης ενώ παράγει περισσότερα μόρια ATP. Για κάθε ομάδα πυροσταφυλικού, ένα μόριο NAD + οξειδώνεται σε NADH, και το συνένζυμο Το A παραδίδει μια ομάδα ακετυλίου στον κύκλο Krebs ενώ απελευθερώνει ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα.

Για κάθε στροφή του κύκλου μέσω κιτρικού οξέος και των παραγώγων του, ο κύκλος παράγει τέσσερα μόρια NADH για κάθε είσοδο πυροσταφυλικού. Ταυτόχρονα, το μόριο FAD παίρνει δύο υδρογόνα και δύο ηλεκτρόνια για να γίνουν FADH2, και δύο ακόμη μόρια διοξειδίου του άνθρακα απελευθερώνονται.

Τέλος, παράγεται ένα μόριο ATP ανά μία στροφή του κύκλου.

Επειδή κάθε μόριο γλυκόζης παράγει δύο ομάδες εισόδου πυροσταφυλικού, απαιτούνται δύο στροφές του κύκλου Krebs για το μεταβολισμό ενός μορίου γλυκόζης. Αυτές οι δύο στροφές παράγουν οκτώ μόρια NADH, δύο μόρια FADH2 και έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα.

Η τελική φάση της αναπνοής των κυττάρων είναι η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ή ΚΑΙ ΤΑ ΛΟΙΠΑ. Αυτή η φάση χρησιμοποιεί οξυγόνο και τα ένζυμα που παράγονται από τον κύκλο Krebs για τη σύνθεση μεγάλου αριθμού μορίων ΑΤΡ σε μια διαδικασία που ονομάζεται οξυδραστική φωσφορυλίωση. Οι NADH και FADH2 δίνουν ηλεκτρόνια στην αλυσίδα αρχικά και μια σειρά αντιδράσεων συσσωρεύει πιθανή ενέργεια για τη δημιουργία μορίων ΑΤΡ.

Πρώτον, τα μόρια NADH γίνονται NAD + καθώς δίνουν ηλεκτρόνια στο πρώτο πρωτεϊνικό σύμπλοκο της αλυσίδας. Τα μόρια FADH2 δίνουν ηλεκτρόνια και υδρογόνα στο δεύτερο πρωτεϊνικό σύμπλοκο της αλυσίδας και γίνονται FAD. Τα μόρια NAD + και FAD επιστρέφονται στον κύκλο Krebs ως είσοδοι.

Καθώς τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν κάτω από την αλυσίδα σε μια σειρά αναγωγής και οξείδωσης, ή redox αντιδράσεις, η ενέργεια που απελευθερώνεται χρησιμοποιείται για την άντληση πρωτεϊνών σε μια μεμβράνη, είτε για την κυτταρική μεμβράνη προκαρυώτες ή στα μιτοχόνδρια για ευκαρυώτες.

Όταν τα πρωτόνια διαχέονται πίσω από τη μεμβράνη μέσω ενός πρωτεϊνικού συμπλόκου που ονομάζεται συνθετάση ΑΤΡ, η ενέργεια πρωτονίων χρησιμοποιείται για την προσθήκη μιας πρόσθετης φωσφορικής ομάδας στην ADP που δημιουργεί μόρια ΑΤΡ.

Το ATP παράγεται σε κάθε στάδιο του κυτταρική αναπνοή, αλλά τα δύο πρώτα στάδια επικεντρώνονται στη σύνθεση ουσιών για τη χρήση του τρίτου σταδίου όπου πραγματοποιείται το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής ATP.

Η γλυκόλυση χρησιμοποιεί πρώτα δύο μόρια ATP για το διαχωρισμό ενός μορίου γλυκόζης, αλλά στη συνέχεια δημιουργεί τέσσερα μόρια ATP για ένα καθαρό κέρδος δύο. Ο κύκλος Krebs παρήχθη δύο ακόμη μόρια ATP για κάθε χρησιμοποιούμενο μόριο γλυκόζης. Τέλος, το ETC χρησιμοποιεί δότες ηλεκτρονίων από τα προηγούμενα στάδια για την παραγωγή 34 μόρια ATP.

Επομένως, οι χημικές αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής παράγουν συνολικά 38 μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στη γλυκόλυση.

Σε ορισμένους οργανισμούς, χρησιμοποιούνται δύο μόρια ΑΤΡ για τη μεταφορά του NADH από την αντίδραση γλυκόλυσης στο κύτταρο στα μιτοχόνδρια. Η συνολική παραγωγή ΑΤΡ για αυτά τα κύτταρα είναι 36 μόρια ΑΤΡ.

Γενικά, τα κύτταρα χρειάζονται ΑΤΡ για ενέργεια, αλλά υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους χρησιμοποιείται η πιθανή ενέργεια από τους φωσφορικούς δεσμούς του μορίου ΑΤΡ. Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του ATP είναι:

• Μπορεί να δημιουργηθεί σε ένα κελί και να χρησιμοποιηθεί σε άλλο.
• Μπορεί να βοηθήσει στη διάσπαση και τη δημιουργία σύνθετων μορίων.
• Μπορεί να προστεθεί σε οργανικά μόρια για να αλλάξει το σχήμα τους. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο ένα κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιεί διαφορετικές ουσίες.

Ο τρίτος δεσμός φωσφορικών ομάδων είναι ο πιο ενεργητικός, αλλά ανάλογα με τη διαδικασία, ένα ένζυμο μπορεί να σπάσει έναν ή δύο από τους φωσφορικούς δεσμούς. Αυτό σημαίνει ότι οι φωσφορικές ομάδες προσδένονται προσωρινά στα μόρια του ενζύμου και παράγεται είτε ADP είτε AMP. Τα μόρια ADP και AMP μετατρέπονται αργότερα σε ATP κατά την κυτταρική αναπνοή.

ο μόρια ενζύμου μεταφορά των φωσφορικών ομάδων σε άλλα οργανικά μόρια.

Το ATP βρίσκεται σε όλους τους ζωντανούς ιστούς και μπορεί να διασχίσει τις κυτταρικές μεμβράνες για να παραδώσει ενέργεια όπου το χρειάζονται οι οργανισμοί. Τρία παραδείγματα χρήσης ATP είναι το σύνθεση οργανικών μορίων που περιέχουν φωσφορικές ομάδες, αντιδράσεις διευκολύνεται από ATP και ενεργή μεταφορά μορίων διαμέσου μεμβρανών. Σε κάθε περίπτωση, το ATP απελευθερώνει μία ή δύο από τις φωσφορικές ομάδες του για να επιτρέψει τη διαδικασία να πραγματοποιηθεί.

Για παράδειγμα, DNA και RNA μόρια αποτελούνται από νουκλεοτίδια που μπορεί να περιέχουν φωσφορικές ομάδες. Τα ένζυμα μπορούν να αποσπάσουν φωσφορικές ομάδες από την ΑΤΡ και να τις προσθέσουν σε νουκλεοτίδια όπως απαιτείται.

Για διαδικασίες που περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, αμινοξέα ή χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για συστολή μυών, το ATP μπορεί να συνδέσει μια φωσφορική ομάδα σε ένα οργανικό μόριο. Η φωσφορική ομάδα μπορεί να αφαιρέσει μέρη ή να κάνει προσθήκες στο μόριο και στη συνέχεια να το απελευθερώσει μετά την αλλαγή του. Σε μυϊκά κύτταρα, αυτό το είδος δράσης πραγματοποιείται για κάθε συστολή του μυϊκού κυττάρου.

Στην ενεργή μεταφορά, το ATP μπορεί να διασχίσει τις κυτταρικές μεμβράνες και να φέρει άλλες ουσίες μαζί του. Μπορεί επίσης να συνδέσει ομάδες φωσφορικών στα μόρια αλλάξτε το σχήμα τους και αφήστε τους να περάσουν από τις κυτταρικές μεμβράνες. Χωρίς ATP, αυτές οι διαδικασίες θα σταματούσαν και τα κελιά δεν θα μπορούσαν πλέον να λειτουργούν.