Adenosiinitrifosfaat (ATP): määratlus, struktuur ja funktsioon

ATP (adenosiinitrifosfaat) on orgaaniline molekul, mida leidub kogu elusrakkudes. Organismid peavad suutma liikuda, paljuneda ja toitu leida.

Need tegevused võtavad energiat ja põhinevad sellel keemilised reaktsioonid organismi moodustavate rakkude sees. Nende rakureaktsioonide energia pärineb ATP molekul.

See on enamiku elusolendite eelistatud kütuseallikas ja seda nimetatakse sageli "valuuta molekulaarseks ühikuks".

The ATP molekulil on kolm osa:

1. The adenosiin moodul on lämmastikalus, mis koosneb neljast lämmastikuaatomist ja NH2 rühmast süsinikuühendi selgrool.
2. The riboos rühm on viiesüsinikuline suhkur molekuli keskel.
3. The fosfaat rühmad on järjestatud ja ühendatud hapniku aatomitega molekuli kaugemal küljel, eemal adenosiinirühmast.

Energia salvestatakse fosfaatrühmade vahelistes ühendustes. Ensüümid võib eraldada ühe või kaks fosfaatrühma, vabastades salvestatud energia ja soodustades selliseid tegevusi nagu lihaste kokkutõmbumine. Kui ATP kaotab ühe fosfaatrühma, siis see muutub

Hingamisprotsess rakutasandil on kolm faasi.

Esimeses kahes faasis lagundatakse glükoosimolekulid ja tekib CO2. Sel hetkel sünteesitakse väike arv ATP molekule. Suurem osa ATP-st tekib hingamise kolmandas faasis nimega valgukompleksi kaudu ATP süntaas.

Selle faasi viimane reaktsioon ühendab pool hapniku molekuli vesinikuga vee tootmiseks. Iga faasi üksikasjalikud reaktsioonid on järgmised:

Kuue süsinikuga glükoosimolekul saab kahest ATP molekulist kaks fosfaatrühma, muutes need ADP-ks. Kuue süsinikuga glükoosfosfaat jaguneb kaheks kolme süsinikuga suhkru molekuliks, millest igaühel on kinnitatud fosfaatrühm.

Koensüümi NAD + toimel muutuvad suhkrufosfaadi molekulid kolme süsinikuga püruvaadi molekulideks. NAD + molekul muutub NADH, ja ATP molekulid sünteesitakse ADP-st.

The Krebsi tsükkel nimetatakse ka sidrunhappetsükkel, ja see viib glükoosi molekuli lagundamise lõpule, luues samal ajal rohkem ATP molekule. Iga püruvaadirühma kohta oksüdeerub üks NAD + molekul NADH-ks ja koensüüm A toimetab atsetüülrühma Krebsi tsüklisse, vabastades samal ajal süsinikdioksiidi molekuli.

Sidrunhappe ja selle derivaatide tsükli iga pöörde jaoks toodab tsükkel iga püruvaadi sisendi jaoks neli NADH molekuli. Samal ajal võtab FAD molekul selleks, et saada kaks vesinikku ja kaks elektroni FADH2, ja vabaneb veel kaks süsinikdioksiidi molekuli.

Lõpuks toodetakse ühe tsükli pöörde kohta üks ATP molekul.

Kuna iga glükoosimolekul toodab kahte püruvaadi sisendrühma, on ühe glükoosimolekuli metaboliseerimiseks vaja Krebsi tsükli kahte pööret. Need kaks pööret annavad kaheksa NADH molekuli, kaks FADH2 molekuli ja kuus süsinikdioksiidi molekuli.

Rakkude hingamise viimane faas on elektronide transpordiahel või JNE. See faas kasutab hapnikku ja Krebsi tsükli abil toodetud ensüüme suure hulga ATP molekulide sünteesimiseks protsessis, mida nimetatakse oksüdatiivne fosforüülimine. NADH ja FADH2 annetavad ahelale esialgu elektrone ja reaktsioonide seeria kogub potentsiaalset energiat ATP molekulide loomiseks.

Esiteks muutuvad NADH molekulid NAD + -ks, kui nad annetavad elektrone ahela esimesele valgukompleksile. FADH2 molekulid annetavad ahela teisele valgukompleksile elektronid ja vesinikud ning muutuvad FADiks. NAD + ja FAD molekulid viiakse sisendina tagasi Krebsi tsüklisse.

Kui elektronid liiguvad ahelas redutseerimise ja oksüdatsiooni reas või redoks reaktsioonide korral kasutatakse vabanenud energiat valkude pumpamiseks läbi membraani, kas rakumembraani jaoks prokarüootid või mitokondrites eukarüootid.

Kui prootonid difundeeruvad läbi membraani ATP süntaasiks nimetatava valgukompleksi kaudu, kasutatakse prootonenergiat täiendava fosfaatrühma kinnitamiseks ATP molekulide loomiseks ADP-le.

ATP toodetakse igas etapis rakuhingamine, kuid esimesed kaks etappi on keskendunud ainete sünteesimisele, et kasutada kolmandat etappi, kus toimub suurem osa ATP tootmisest.

Glükolüüs kasutab glükoosimolekuli jagamiseks kõigepealt kahte ATP molekuli, kuid seejärel loob neli ATP molekuli puhaskasum kahest. Krebsi tsükkel toodetud veel kaks ATP molekuli iga kasutatud glükoosimolekuli kohta. Lõpuks kasutab ETC tootmiseks eelmiste etappide elektronidoonoreid 34 ATP molekuli.

Rakuhingamise keemilised reaktsioonid tekitavad seega kokku 38 ATP molekuli iga glükoosimolekuli siseneva glükoosimolekuli kohta.

Mõnes organismis kasutatakse NADH-d raku glükolüüsireaktsioonist mitokondritesse NADH ülekandmiseks. Nende rakkude ATP kogutoodang on 36 ATP molekuli.

Üldiselt vajavad rakud energia saamiseks ATP-d, kuid ATP molekuli fosfaatsidemetest tulenevat potentsiaalset energiat kasutatakse mitmel viisil. ATP olulisemad omadused on:

• Seda saab luua ühes lahtris ja kasutada teises.
• See võib aidata murda ja luua keerukaid molekule.
• Kuju muutmiseks võib seda lisada orgaanilistele molekulidele. Kõik need omadused mõjutavad seda, kuidas rakk saab kasutada erinevaid aineid.

Kolmas fosfaatrühma side on kõige energilisem, kuid sõltuvalt protsessist võib ensüüm katkestada ühe või kaks fosfaatsidet. See tähendab, et fosfaatrühmad kinnituvad ajutiselt ensüümimolekulide külge ja toodetakse kas ADP või AMP. ADP ja AMP molekulid muudetakse raku hingamise ajal hiljem tagasi ATP-ks.

The ensüümi molekulid viia fosfaatrühmad teistesse orgaanilistesse molekulidesse.

ATP-d leidub kogu eluskudedes ja see võib rakumembraane ületada, et tarnida energiat seal, kus organism seda vajab. Kolm ATP kasutamise näidet on süntees fosfaatrühmi sisaldavad orgaanilised molekulid, reaktsioonid hõlbustavad ATP ja aktiivne transport molekulide kogu membraane. Mõlemal juhul vabastab ATP ühe või kaks fosfaatrühma, et protsess saaks toimuda.

Näiteks, DNA ja RNA molekulid koosnevad nukleotiidid mis võivad sisaldada fosfaatrühmi. Ensüümid võivad fosfaatrühmad ATP-st eraldada ja vastavalt vajadusele nukleotiididesse lisada.

Valkudega seotud protsesside puhul aminohapped või lihaste kokkutõmbamiseks kasutatavad kemikaalid, võib ATP orgaanilise molekuli külge kinnitada fosfaatrühma. Fosfaatrühm võib molekuli osi eemaldada või molekuli lisada ja seejärel pärast muutmist vabastada. Sisse lihasrakud, viiakse selline toime läbi lihasrakkude iga kontraktsiooni.

Aktiivses transpordis võib ATP läbida rakumembraane ja tuua kaasa muid aineid. Samuti võib see molekulide külge kinnitada fosfaatrühmi muuta oma kuju ja lasta neil läbida rakumembraane. Ilma ATP-ta need protsessid peatuksid ja rakud ei oleks enam võimelised toimima.