Adenosiinitrifosfaatti (ATP): määritelmä, rakenne ja toiminta

ATP (adenosiinitrifosfaatti) on orgaaninen molekyyli, jota esiintyy kaikissa elävissä soluissa. Organismien on kyettävä liikkumaan, lisääntymään ja löytämään ravintoa.

Nämä toiminnot vievät energiaa ja perustuvat kemialliset reaktiot organismin muodostavien solujen sisällä. Energia näille solureaktioille tulee ATP-molekyyli.

Se on suosituin polttoainelähde useimmille eläville esineille, ja sitä kutsutaan usein "valuutan molekyyliyksiköksi".

ATP-molekyylissä on kolme osaa:

1.  adenosiini moduuli on typpipohjainen emäs, joka koostuu neljästä typpiatomista ja NH2-ryhmästä hiiliyhdisteen rungossa.
2.  riboosi ryhmä on viiden hiilen sokeri molekyylin keskellä.
3.  fosfaatti ryhmät ovat rivissä ja liittyneet happiatomien avulla molekyylin kauemmaspuolelle, poispäin adenosiiniryhmästä.

Energia varastoidaan fosfaattiryhmien välisiin yhteyksiin. Entsyymit voi irrottaa yhden tai kaksi fosfaattiryhmää, mikä vapauttaa varastoitua energiaa ja ruokkii aktiviteetteja, kuten lihasten supistumista. Kun ATP menettää yhden fosfaattiryhmän, siitä tulee

Hengitysprosessilla solutasolla on kolme vaihetta.

Kahdessa ensimmäisessä vaiheessa glukoosimolekyylit hajotetaan ja muodostuu CO2. Tässä vaiheessa syntetisoidaan pieni määrä ATP-molekyylejä. Suurin osa ATP: stä syntyy hengityksen kolmannen vaiheen aikana nimeltä kutsutun proteiinikompleksin kautta ATP-syntaasi.

Lopullinen reaktio siinä vaiheessa yhdistää puolet molekyylistä happea vedyn kanssa veden tuottamiseksi. Kunkin vaiheen yksityiskohtaiset reaktiot ovat seuraavat:

Kuusihiilinen glukoosimolekyyli vastaanottaa kaksi fosfaattiryhmää kahdesta ATP-molekyylistä, muuttaen ne ADP: ksi. Kuusihiilinen glukoosifosfaatti jaetaan kahteen kolmihiiliseen sokerimolekyyliin, joista kumpaankin on kiinnittynyt fosfaattiryhmä.

Koentsyymin NAD + vaikutuksesta sokerifosfaattimolekyyleistä tulee kolmen hiilen pyruvaattimolekyylejä. NAD + -molekyylistä tulee NADH, ja ATP-molekyylit syntetisoidaan ADP: stä.

Krebs-sykli kutsutaan myös sitruunahapposykli, ja se täydentää glukoosimolekyylin hajoamisen ja tuottaa samalla enemmän ATP-molekyylejä. Kutakin pyruvaattiryhmää kohden yksi NAD + -molekyyli hapettuu NADH: ksi ja koentsyymi A toimittaa asetyyliryhmän Krebs-sykliin vapauttaen samalla hiilidioksidimolekyylin.

Kutakin sitruunahapon ja sen johdannaisten läpi tapahtuvaa kierrosta kohti sykli tuottaa neljä NADH-molekyyliä kutakin pyruvaattisyöttöä kohti. Samaan aikaan FAD-molekyyli ottaa kaksi vetyä ja kaksi elektronia tullakseen FADH2, ja vapautuu vielä kaksi hiilidioksidimolekyyliä.

Lopuksi tuotetaan yksi ATP-molekyyli yhtä syklin kierrosta kohti.

Koska kukin glukoosimolekyyli tuottaa kaksi pyruvaatin sisääntuloryhmää, tarvitaan yksi Krebs-syklin kierros yhden glukoosimolekyylin metabolisoimiseksi. Nämä kaksi kierrosta tuottavat kahdeksan NADH-molekyyliä, kaksi FADH2-molekyyliä ja kuusi hiilidioksidimolekyyliä.

Soluhengityksen viimeinen vaihe on elektronien siirtoketju tai JNE. Tämä vaihe käyttää happea ja Krebs-syklin tuottamia entsyymejä syntetisoimaan suuren määrän ATP-molekyylejä prosessissa, jota kutsutaan oksidatiivinen fosforylaatio. NADH ja FADH2 luovuttavat elektronia ketjulle alun perin, ja joukko reaktioita rakentaa potentiaalista energiaa ATP-molekyylien luomiseksi.

Ensinnäkin NADH-molekyyleistä tulee NAD +, kun ne luovuttavat elektroneja ketjun ensimmäiselle proteiinikompleksille. FADH2-molekyylit luovuttavat elektroneja ja vetyjä ketjun toiselle proteiinikompleksille ja niistä tulee FAD. NAD + - ja FAD-molekyylit palautetaan Krebs-sykliin syötteinä.

Kun elektronit kulkevat ketjua pitkin pelkistyksen ja hapettumisen sarjassa, tai redox reaktioissa vapautunutta energiaa käytetään proteiinien pumppaamiseen membraanin läpi, joko solukalvolle prokaryootit tai mitokondrioissa eukaryootit.

Kun protonit diffundoituvat takaisin kalvon läpi ATP-syntaasiksi kutsutun proteiinikompleksin kautta, protonienergiaa käytetään kiinnittämään ylimääräinen fosfaattiryhmä ADP: hen, joka luo ATP-molekyylejä.

ATP: tä tuotetaan kaikissa vaiheissa soluhengitys, mutta kaksi ensimmäistä vaihetta keskittyvät aineiden syntetisointiin kolmannen vaiheen käyttöä varten, jossa suurin osa ATP: n tuotannosta tapahtuu.

Glykolyysi käyttää ensin kahta ATP-molekyyliä glukoosimolekyylin pilkkomiseen, mutta sitten luo neljä ATP-molekyyliä kahden nettovoitto. Krebs-sykli tuotettu kaksi muuta ATP-molekyyliä jokaiselle käytetylle glukoosimolekyylille. Lopuksi ETC käyttää tuotannossa edellisten vaiheiden elektronidonoreita 34 ATP-molekyyliä.

Soluhengityksen kemialliset reaktiot tuottavat siis yhteensä 38 ATP-molekyyliä jokaiselle glykolyysiin menevälle glukoosimolekyylille.

Joissakin organismeissa kahta ATP-molekyyliä käytetään siirtämään NADH solun glykolyysireaktiosta mitokondrioihin. Näiden solujen ATP-kokonaistuotanto on 36 ATP-molekyyliä.

Yleensä solut tarvitsevat ATP: tä energiaksi, mutta ATP-molekyylin fosfaattisidoksista saatavaa potentiaalista energiaa voidaan käyttää usealla eri tavalla. ATP: n tärkeimmät ominaisuudet ovat:

• Se voidaan luoda yhdessä solussa ja käyttää toisessa.
• Se voi auttaa hajoamaan ja rakentamaan monimutkaisia ​​molekyylejä.
• Se voidaan lisätä orgaanisiin molekyyleihin niiden muodon muuttamiseksi. Kaikki nämä ominaisuudet vaikuttavat siihen, miten solu voi käyttää erilaisia ​​aineita.

Kolmas fosfaattiryhmäsidos on energisempi, mutta prosessista riippuen entsyymi voi rikkoa yhden tai kaksi fosfaattisidosta. Tämä tarkoittaa, että fosfaattiryhmät kiinnittyvät väliaikaisesti entsyymimolekyyleihin ja joko ADP tai AMP tuotetaan. ADP- ja AMP-molekyylit muutetaan myöhemmin takaisin ATP: ksi soluhengityksen aikana.

entsyymimolekyylit siirtää fosfaattiryhmät muihin orgaanisiin molekyyleihin.

ATP: tä esiintyy kaikissa elävissä kudoksissa, ja se voi ylittää solukalvot toimittaa energiaa siellä missä organismit sitä tarvitsevat. Kolme esimerkkiä ATP: n käytöstä ovat synteesi fosfaattiryhmiä sisältävien orgaanisten molekyylien reaktioita ATP ja aktiivinen liikenne molekyylien poikki kalvojen yli. Kummassakin tapauksessa ATP vapauttaa yhden tai kaksi fosfaattiryhmää prosessin mahdollistamiseksi.

Esimerkiksi, DNA ja RNA molekyylit koostuvat nukleotidit jotka voivat sisältää fosfaattiryhmiä. Entsyymit voivat irrottaa fosfaattiryhmät ATP: stä ja lisätä niitä nukleotideihin tarpeen mukaan.

Proteiineihin liittyvissä prosesseissa aminohappoja tai lihasten supistamiseen käytettävät kemikaalit, ATP voi kiinnittää fosfaattiryhmän orgaaniseen molekyyliin. Fosfaattiryhmä voi poistaa osia tai auttaa lisäämään molekyyliä ja vapauttamaan sen sitten sen muuttamisen jälkeen. Sisään lihassolut, tällainen toiminta suoritetaan jokaiselle lihassolun supistumiselle.

Aktiivisessa kuljetuksessa ATP voi ylittää solukalvot ja tuoda mukanaan muita aineita. Se voi myös kiinnittää fosfaattiryhmiä molekyyleihin muuttaa muotoaan ja anna niiden kulkea solukalvojen läpi. Ilman ATP: tä nämä prosessit pysähtyisivät, ja solut eivät enää pystyisi toimimaan.