ATP (adenosina trifosfato) è una molecola organica presente in tutte le cellule viventi. Gli organismi devono essere in grado di muoversi, riprodursi e trovare nutrimento.
Queste attività richiedono energia e si basano su reazioni chimiche all'interno delle cellule che compongono l'organismo. L'energia per queste reazioni cellulari proviene dal Molecola di ATP.
È la fonte di carburante preferita per la maggior parte degli esseri viventi ed è spesso indicata come "unità di valuta molecolare".
La struttura dell'ATP
Il La molecola di ATP ha tre parti:
- Il adenosina modulo è una base azotata composta da quattro atomi di azoto e un gruppo NH2 su uno scheletro composto di carbonio.
- Il ribosio gruppo è uno zucchero a cinque atomi di carbonio al centro della molecola.
- Il fosfato i gruppi sono allineati e collegati da atomi di ossigeno sul lato opposto della molecola, lontano dal gruppo adenosina.
L'energia è immagazzinata nei collegamenti tra i gruppi fosfato. Enzimi può staccare uno o due dei gruppi fosfato liberando l'energia immagazzinata e alimentando attività come la contrazione muscolare. Quando l'ATP perde un gruppo fosfato diventa
ADP o adenosina difosfato. Quando l'ATP perde due gruppi fosfato, cambia in AMP o adenosina monofosfato.Come la respirazione cellulare produce ATP
Il processo di respirazione a livello cellulare ha tre fasi.
Nelle prime due fasi, le molecole di glucosio vengono scomposte e viene prodotta CO2. A questo punto viene sintetizzato un piccolo numero di molecole di ATP. La maggior parte dell'ATP viene creata durante la terza fase della respirazione tramite un complesso proteico chiamato ATP sintasi.
La reazione finale in quella fase combina mezza molecola di ossigeno con l'idrogeno per produrre acqua. Le reazioni dettagliate di ciascuna fase sono le seguenti:
glicolisi
Una molecola di glucosio a sei atomi di carbonio riceve due gruppi fosfato da due molecole di ATP, trasformandoli in ADP. Il glucosio fosfato a sei atomi di carbonio viene scomposto in due molecole di zucchero a tre atomi di carbonio, ciascuna con un gruppo fosfato attaccato.
Sotto l'azione del coenzima NAD+, le molecole di zucchero fosfato diventano molecole di piruvato a tre atomi di carbonio. La molecola NAD+ diventa NADH, e le molecole di ATP sono sintetizzate dall'ADP.
Il ciclo di Krebs
Il ciclo di Krebs è anche chiamato il ciclo dell'acido citrico, e completa la scomposizione della molecola di glucosio generando più molecole di ATP. Per ogni gruppo piruvato, una molecola di NAD+ si ossida a NADH, e il coenzima A fornisce un gruppo acetile al ciclo di Krebs mentre rilascia una molecola di anidride carbonica.
Per ogni giro del ciclo attraverso l'acido citrico e i suoi derivati, il ciclo produce quattro molecole di NADH per ogni input di piruvato. Allo stesso tempo, la molecola FAD assume due idrogeni e due elettroni per diventare FADH2, e vengono rilasciate altre due molecole di anidride carbonica.
Infine, viene prodotta una singola molecola di ATP per un giro del ciclo.
Poiché ogni molecola di glucosio produce due gruppi di input di piruvato, sono necessari due giri del ciclo di Krebs per metabolizzare una molecola di glucosio. Questi due giri producono otto molecole di NADH, due molecole di FADH2 e sei molecole di anidride carbonica.
La catena di trasporto degli elettroni
La fase finale della respirazione cellulare è la catena di trasporto degli elettroni o ECCETERA. Questa fase utilizza l'ossigeno e gli enzimi prodotti dal ciclo di Krebs per sintetizzare un gran numero di molecole di ATP in un processo chiamato fosforilazione ossidativa. NADH e FADH2 inizialmente donano elettroni alla catena e una serie di reazioni accumula energia potenziale per creare molecole di ATP.
Innanzitutto, le molecole di NADH diventano NAD+ poiché donano elettroni al primo complesso proteico della catena. Le molecole FADH2 donano elettroni e idrogeni al secondo complesso proteico della catena e diventano FAD. Le molecole NAD+ e FAD vengono restituite al ciclo di Krebs come input.
Mentre gli elettroni viaggiano lungo la catena in una serie di riduzione e ossidazione, o redox reazioni, l'energia liberata viene utilizzata per pompare proteine attraverso una membrana, sia la membrana cellulare per procarioti o nei mitocondri per eucarioti.
Quando i protoni si diffondono indietro attraverso la membrana attraverso un complesso proteico chiamato ATP sintasi, l'energia del protone viene utilizzata per attaccare un ulteriore gruppo fosfato all'ADP creando molecole di ATP.
Quanto ATP viene prodotto in ogni fase della respirazione cellulare?
L'ATP viene prodotto in ogni fase di respirazione cellulare, ma le prime due fasi sono incentrate sulla sintesi di sostanze per l'uso della terza fase in cui avviene la maggior parte della produzione di ATP.
La glicolisi utilizza prima due molecole di ATP per la scissione di una molecola di glucosio, ma poi crea quattro molecole di ATP per un guadagno netto di due. Il ciclo di Krebs prodotto altre due molecole di ATP per ogni molecola di glucosio utilizzata. Infine, l'ETC utilizza donatori di elettroni delle fasi precedenti per produrre 34 molecole di ATP.
Le reazioni chimiche della respirazione cellulare producono quindi un totale di 38 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio che entra nella glicolisi.
In alcuni organismi, vengono utilizzate due molecole di ATP per trasferire NADH dalla reazione di glicolisi nella cellula ai mitocondri. La produzione totale di ATP per queste cellule è di 36 molecole di ATP.
Perché le cellule hanno bisogno di ATP?
In generale, le cellule hanno bisogno di ATP per l'energia, ma ci sono diversi modi in cui viene utilizzata l'energia potenziale dai legami fosfato della molecola di ATP. Le caratteristiche più importanti dell'ATP sono:
- Può essere creato in una cella e utilizzato in un'altra.
- Può aiutare a rompere e costruire molecole complesse.
- Può essere aggiunto alle molecole organiche per cambiarne la forma. Tutte queste caratteristiche influiscono sul modo in cui una cellula può utilizzare sostanze diverse.
Il terzo legame del gruppo fosfato è il più energico, ma a seconda del processo, un enzima può rompere uno o due dei legami fosfato. Ciò significa che i gruppi fosfato si attaccano temporaneamente alle molecole dell'enzima e viene prodotto ADP o AMP. Le molecole di ADP e AMP vengono successivamente trasformate in ATP durante la respirazione cellulare.
Il molecole di enzimi trasferire i gruppi fosfato ad altre molecole organiche.
Quali processi utilizzano l'ATP?
L'ATP si trova in tutti i tessuti viventi e può attraversare le membrane cellulari per fornire energia dove gli organismi ne hanno bisogno. Tre esempi di utilizzo dell'ATP sono i sintesi di molecole organiche che contengono gruppi fosfato, reazioni facilitato da ATP e trasporto attivo di molecole attraverso le membrane. In ogni caso, l'ATP rilascia uno o due dei suoi gruppi fosfato per consentire il processo.
Per esempio, DNA e RNA le molecole sono costituite da nucleotidi che possono contenere gruppi fosfato. Gli enzimi possono staccare i gruppi fosfato dall'ATP e aggiungerli ai nucleotidi secondo necessità.
Per i processi che coinvolgono le proteine, aminoacidi o sostanze chimiche utilizzate per la contrazione muscolare, l'ATP può legare un gruppo fosfato a una molecola organica. Il gruppo fosfato può rimuovere parti o aiutare a fare aggiunte alla molecola e poi rilasciarla dopo averla cambiata. Nel cellule muscolari, questo tipo di azione viene svolta ad ogni contrazione della cellula muscolare.
Nel trasporto attivo, l'ATP può attraversare le membrane cellulari e portare con sé altre sostanze. Può anche legare gruppi fosfato alle molecole a cambiare la loro forma e lasciarli passare attraverso le membrane cellulari. Senza ATP, questi processi si fermerebbero e le cellule non sarebbero più in grado di funzionare.