אדנוזין טריפוספט (ATP): הגדרה, מבנה ותפקוד

ATP (אדנוזין טריפוספט) היא מולקולה אורגנית הנמצאת בכל התאים החיים. אורגניזמים צריכים להיות מסוגלים לנוע, להתרבות ולמצוא הזנה.

פעילויות אלה לוקחות אנרגיה והן מבוססות על תגובה כימית בתוך התאים המרכיבים את האורגניזם. האנרגיה לתגובות תאיות אלה מגיעה מה- מולקולת ATP.

זהו מקור הדלק המועדף על רוב היצורים החיים ולעתים קרובות מכונה "יחידת המטבע המולקולרית".

ה מולקולת ATP כוללת שלושה חלקים:

1. ה אדנוזין המודול הוא בסיס חנקני המורכב מארבעה אטומי חנקן וקבוצת NH2 על עמוד השדרה של תרכובת פחמן.
2. ה ריבוז הקבוצה היא סוכר בעל חמש פחמן במרכז המולקולה.
3. ה פוֹספָט קבוצות מסודרות ומקושרות על ידי אטומי חמצן בצד הרחוק של המולקולה, הרחק מקבוצת האדנוזין.

אנרגיה מאוחסנת בקישורים בין קבוצות הפוספט. אנזימים יכול לנתק אחת או שתיים מקבוצות הפוספט המשחררות את האנרגיה המאוחסנת ומפעילה פעילויות כגון כיווץ שרירים. כאשר ATP מאבד קבוצת פוספט אחת הוא הופך להיות ADP או אדנוזין דיפוספט. כאשר ATP מאבד שתי קבוצות פוספט, הוא משתנה ל AMP או אדנוזין מונופוספט.

לתהליך הנשימה ברמה התאית יש שלושה שלבים.

בשני השלבים הראשונים מולקולות הגלוקוז מתפרקות ומיוצר CO2. מספר קטן של מולקולות ATP מסונתזות בשלב זה. רוב ה- ATP נוצר בשלב השלישי של הנשימה באמצעות קומפלקס חלבונים הנקרא

התגובה הסופית באותו שלב משלבת חצי מולקולת חמצן עם מימן להפקת מים. התגובות המפורטות של כל שלב הן כדלקמן:

מולקולת גלוקוז עם שש פחמן מקבלת שתי קבוצות פוספט משתי מולקולות ATP, מה שהופך אותן ל- ADP. פוספט הגלוקוז בעל שש הפחמן מתפרק לשתי מולקולות סוכר בעלות שלוש פחמן, כל אחת עם קבוצת פוספט מחוברת.

תחת פעולתו של הקואנזים NAD +, מולקולות הפוספט הסוכר הופכות למולקולות פירובט בעלות שלוש פחמן. מולקולת NAD + הופכת להיות NADH, ומולקולות ATP מסונתזות מ- ADP.

ה מחזור קרבס נקרא גם מעגל החומצה הציטרית, והוא משלים את פירוק מולקולת הגלוקוזה תוך יצירת מולקולות ATP נוספות. עבור כל קבוצת פירובט, מולקולה אחת של NAD + מתחמצנת ל- NADH, ו- קואנזים A מעביר קבוצת אצטיל למחזור קרבס תוך שחרור מולקולת פחמן דו חמצני.

עבור כל סיבוב במחזור באמצעות חומצת לימון ונגזרותיו, המחזור מייצר ארבע מולקולות NADH לכל קלט פירובט. במקביל, המולקולה FAD תופסת שני מימנים ושני אלקטרונים כדי להפוך FADH2, ושתי מולקולות פחמן דו חמצני נוספות משתחררות.

לבסוף, מולקולת ATP אחת מיוצרת לכל סיבוב אחד במחזור.

מכיוון שכל מולקולת גלוקוז מייצרת שתי קבוצות קלט של פירובט, יש צורך בשתי סיבובים במחזור קרבס בכדי לחילוף מולקולת גלוקוז אחת. שתי תורות אלה מייצרות שמונה מולקולות NADH, שתי מולקולות FADH2 ושישה מולקולות פחמן דו-חמצני.

השלב האחרון של נשימה בתאים הוא שרשרת העברת אלקטרונים אוֹ וכו. שלב זה משתמש בחמצן ובאנזימים המיוצרים על ידי מחזור קרבס כדי לסנתז מספר רב של מולקולות ATP בתהליך הנקרא זרחון אוקסידטיבי. NADH ו- FADH2 תורמים בתחילה אלקטרונים לשרשרת, וסדרת תגובות בונה אנרגיה פוטנציאלית ליצירת מולקולות ATP.

ראשית, מולקולות NADH הופכות ל- NAD + כאשר הן תורמות אלקטרונים למתחם החלבונים הראשון בשרשרת. מולקולות FADH2 תורמות אלקטרונים ומימנים למתחם החלבונים השני בשרשרת והופכות ל- FAD. מולקולות NAD + ו- FAD מוחזרות למחזור קרבס כתשומות.

כאשר האלקטרונים עוברים במורד השרשרת בסדרה של צמצום וחמצון, או חמצון מחדש בתגובות, האנרגיה המשוחררת משמשת לשאיבת חלבונים על פני קרום, או קרום התא פרוקריוטים או במיטוכונדריה עבור אקריוטים.

כאשר הפרוטונים מתפזרים חזרה על פני הממברנה דרך קומפלקס חלבונים הנקרא ATP synthase, משתמשים באנרגיית הפרוטון כדי לחבר קבוצת פוספט נוספת ל- ADP ויוצרים מולקולות ATP.

ATP מיוצר בכל שלב של נשימה תאית, אך שני השלבים הראשונים מתמקדים בסינתזת חומרים לשימוש בשלב השלישי בו עיקר ייצור ה- ATP מתרחש.

גליקוליזה משתמש לראשונה בשתי מולקולות של ATP לצורך פיצול מולקולת גלוקוז, אך לאחר מכן יוצר ארבע מולקולות ATP עבור רווח נקי של שניים. מחזור קרבס הופק שתי מולקולות ATP נוספות עבור כל מולקולת גלוקוז בשימוש. לבסוף, ה- ETC משתמש בתורמי אלקטרונים מהשלבים הקודמים לייצור 34 מולקולות של ATP.

התגובות הכימיות של הנשימה התאית מייצרות לכן סך של 38 מולקולות ATP עבור כל מולקולת גלוקוז שנכנסת לגליקוליזה.

בחלק מהאורגניזמים משתמשים בשתי מולקולות של ATP להעברת NADH מתגובת הגליקוליזה בתא למיטוכונדריה. ייצור ה- ATP הכולל עבור תאים אלה הוא 36 מולקולות ATP.

באופן כללי, תאים זקוקים ל- ATP לצורך אנרגיה, אך ישנן מספר דרכים בהן משתמשים באנרגיה הפוטנציאלית מקשרי הפוספט של מולקולת ה- ATP. התכונות החשובות ביותר של ATP הן:

• ניתן ליצור אותו בתא אחד ולהשתמש בו בתא אחר.
• זה יכול לעזור להתפרק ולבנות מולקולות מורכבות.
• ניתן להוסיף אותו למולקולות אורגניות כדי לשנות את צורתם. כל התכונות הללו משפיעות על האופן שבו תא יכול להשתמש בחומרים שונים.

הקשר השלישי של קבוצת הפוספט הוא אנרגטי ביותר, אך בהתאם לתהליך, אנזים עשוי לשבור אחד או שניים מקשרי הפוספט. פירוש הדבר שקבוצות הפוספט נקשרות זמנית למולקולות האנזים ונוצר ADP או AMP. מולקולות ADP ו- AMP מוחלפות מאוחר יותר ל- ATP במהלך הנשימה התאית.

ה מולקולות אנזים להעביר את קבוצות הפוספט למולקולות אורגניות אחרות.

ATP נמצא בכל הרקמות החיות, והוא יכול לחצות קרומי תאים בכדי לספק אנרגיה במקום בו האורגניזמים זקוקים לו. שלוש דוגמאות לשימוש ב- ATP הן ה- סִינתֶזָה של מולקולות אורגניות המכילות קבוצות פוספט, תגובות בהנחיית ATP ו- מעבר פעיל של מולקולות על פני ממברנות. בשני המקרים, ATP משחררת אחת או שתיים מקבוצות הפוספט שלה כדי לאפשר את התהליך.

לדוגמה, DNA ו- RNA מולקולות מורכבות מ נוקלאוטידים העלולים להכיל קבוצות פוספט. אנזימים יכולים לנתק קבוצות פוספט מ- ATP ולהוסיף אותם לנוקליאוטידים כנדרש.

לתהליכים הכוללים חלבונים, חומצות אמינו או כימיקלים המשמשים להתכווצות שרירים, ATP יכול לצרף קבוצת פוספט למולקולה אורגנית. קבוצת הפוספט יכולה להסיר חלקים או לעזור בתוספות למולקולה ואז לשחרר אותה לאחר החלפתה. ב תאי שריר, פעולה מסוג זה מתבצעת לכל כיווץ תא השריר.

בהובלה פעילה, ATP יכול לחצות קרומי תאים ולהביא איתו חומרים אחרים. זה יכול גם לצרף קבוצות פוספט למולקולות לשנות את צורתם ולאפשר להם לעבור דרך קרומי התא. ללא ATP תהליכים אלה ייפסקו, והתאים כבר לא יוכלו לתפקד.