ადენოზინის ტრიფოსფატი (ATP): განმარტება, სტრუქტურა და ფუნქცია

ATP (ადენოზინტრიფოსფატი) არის ორგანული მოლეკულა, რომელიც გვხვდება ცოცხალ უჯრედებში. ორგანიზმებს უნდა შეეძლოთ გადაადგილება, გამრავლება და საზრდოობა.

ეს საქმიანობა ენერგიას იღებს და ემყარება ქიმიური რეაქციები უჯრედების შიგნით, რომლებიც ქმნიან ორგანიზმს. ენერგია ამ უჯრედული რეაქციებისათვის მოდის აქ ATP მოლეკულა.

ეს არის საწვავის სასურველი წყარო ცოცხალი არსებების უმეტესობისთვის და მას ხშირად უწოდებენ "ვალუტის მოლეკულურ ერთეულს".

ATP მოლეკულას აქვს სამი ნაწილი:

1.  ადენოზინი მოდული არის აზოტოვანი ფუძე, რომელიც შედგება აზოტის ოთხი ატომისა და ნახშირბადის ნაერთის ხერხემალზე NH2 ჯგუფისაგან.
2.  რიბოზა ჯგუფი არის ხუთ ნახშირბადოვანი შაქარი მოლეკულის ცენტრში.
3.  ფოსფატი ჯგუფები განლაგებულია და უკავშირდება ჟანგბადის ატომებს მოლეკულის შორეულ მხარეს, ადენოზინის ჯგუფისგან მოშორებით.

ენერგია ინახება ფოსფატურ ჯგუფებს შორის კავშირებში. ფერმენტები შეუძლია გამოყოს ერთი ან ორი ფოსფატის ჯგუფი, რომლებიც ათავისუფლებენ დაგროვილ ენერგიას და აწვება საქმიანობას, როგორიცაა კუნთების შეკუმშვა. როდესაც ATP კარგავს ერთ ფოსფატურ ჯგუფს, ეს ხდება

უჯრედულ დონეზე სუნთქვის პროცესს აქვს სამი ეტაპი.

პირველ ორ ფაზაში გლუკოზის მოლეკულები იშლება და წარმოიქმნება CO2. ამ ეტაპზე ხდება მცირე რაოდენობის ATP მოლეკულების სინთეზირება. ATP– ის უმეტესი ნაწილი სუნთქვის მესამე ფაზის დროს იქმნება ცილოვანი კომპლექსის საშუალებით ATP სინტაზა.

ამ ფაზაში საბოლოო რეაქცია აერთიანებს ჟანგბადის ნახევარ მოლეკულას წყალბადისგან წყლის წარმოქმნის მიზნით. თითოეული ფაზის დეტალური რეაქციები შემდეგია:

ექვსი ნახშირბადის გლუკოზის მოლეკულა იღებს ორი ფოსფატის ჯგუფს ორი ATP მოლეკულისგან და აქცევს მათ ADP. ექვსი ნახშირბადის გლუკოზა ფოსფატი იყოფა ორ სამ ნახშირბადოვან შაქრის მოლეკულად, რომელთაგან თითოეულს თან ერთვის ფოსფატის ჯგუფი.

კოფერმენტის NAD + მოქმედებით შაქრის ფოსფატის მოლეკულები სამ ნახშირბადის პირუვატის მოლეკებად იქცევიან. NAD + მოლეკულა ხდება NADH, და ATP მოლეკულები სინთეზირებულია ADP– სგან.

კრებსის ციკლი ასევე ეწოდება ლიმონმჟავას ციკლი, და იგი ასრულებს გლუკოზის მოლეკულის დაშლას, ხოლო მეტი ATP მოლეკულების წარმოქმნისას. თითოეული პირუვატული ჯგუფისთვის, NAD + ერთი მოლეკულა იჟანგება NADH– ით და კოფერმენტული ნახშირორჟანგის მოლეკულის გამოყოფისას აცეტილ ჯგუფს აწვდის კრებსის ციკლს.

ციკლის თითოეული შემობრუნებისათვის ლიმონმჟავას და მის წარმოებულებში ციკლი წარმოქმნის ოთხ NADH მოლეკულას პიროვატის თითოეული შეყვანისთვის. ამავე დროს, მოლეკულა FAD იღებს ორ წყალბადს და ორ ელექტრონს, რომ გახდეს FADH2, და კიდევ ორი ​​ნახშირორჟანგის მოლეკულა გამოიყოფა.

დაბოლოს, ერთი ATP მოლეკულა წარმოიქმნება ციკლის ერთ ბრუნვაზე.

იმის გამო, რომ გლუკოზის თითოეული მოლეკულა წარმოქმნის პიროვატის შეყვანის ორ ჯგუფს, საჭიროა გრეკოზის ციკლის ორი მოხვევა ერთი გლუკოზის მოლეკულის მეტაბოლიზაციისთვის. ამ ორ მონაცვლეობაში წარმოიქმნება რვა NADH მოლეკულა, ორი FADH2 მოლეკულა და ექვსი ნახშირორჟანგის მოლეკულა.

უჯრედის სუნთქვის ბოლო ეტაპია ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი ან ETC. ამ ფაზაში გამოიყენება ჟანგბადი და კრებსის ციკლის მიერ წარმოებული ფერმენტები დიდი რაოდენობით ATP მოლეკულების სინთეზისთვის, პროცესში ე.წ. ოქსიდაციური ფოსფორილაცია. NADH და FADH2 თავდაპირველად აჩუქებენ ელექტრონებს ჯაჭვს და მთელი რიგი რეაქციები აგროვებს პოტენციურ ენერგიას ATP მოლეკულების შესაქმნელად.

პირველი, NADH მოლეკულები ხდება NAD +, რადგან ისინი ელექტრონებს აბარებენ ჯაჭვის პირველ ცილოვან კომპლექსს. FADH2 მოლეკულები აჩუქებენ ელექტრონებს და წყალბადებს ჯაჭვის მეორე ცილოვან კომპლექსს და იქცევიან FAD. NAD + და FAD მოლეკულები დაუბრუნდნენ კრებსის ციკლს შეყვანის სახით.

როგორც ელექტრონები გადაადგილდებიან ჯაჭვში რიგი შემცირებით და დაჟანგვით, ან რედოქსირება რეაქციები, გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება ცილების გადასატუმბად მემბრანაზე, ან უჯრედული მემბრანისთვის პროკარიოტები ან მიტოქონდრიაში ამისთვის ეუკარიოტები.

როდესაც პროტონები დიფუზიით იბრუნებენ გარსს ცილის კომპლექსის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება ATP სინტაზა, პროტონის ენერგია გამოიყენება დამატებითი ფოსფატური ჯგუფის მიერთებისათვის ADP- ზე, ქმნის ATP მოლეკულებს.

ATP იწარმოება თითოეულ ეტაპზე უჯრედული სუნთქვა, მაგრამ პირველი ორი ეტაპი ფოკუსირებულია ნივთიერებების სინთეზირებაზე, მესამე ეტაპის გამოყენებისთვის, სადაც ხდება ATP წარმოების დიდი ნაწილი.

გლიკოლიზი ჯერ იყენებს ATP– ს ორ მოლეკულას გლუკოზის მოლეკულის გაყოფისთვის, მაგრამ შემდეგ ქმნის ოთხ ATP– ს მოლეკულას წმინდა მოგება ორი. წარმოებულია კრების ციკლი კიდევ ორი ​​ATP მოლეკულა თითოეული გამოყენებული გლუკოზის მოლეკულისთვის. დაბოლოს, ETC იყენებს ელექტრონის დონორებს წინა ეტაპებიდან წარმოებისთვის ATP 34 მოლეკულა.

უჯრედული სუნთქვის ქიმიური რეაქციები სულ წარმოქმნის 38 ATP მოლეკულა თითოეული გლუკოზის მოლეკულისთვის, რომელიც შედის გლიკოლიზში.

ზოგიერთ ორგანიზმში გამოიყენება ATP– ის ორი მოლეკულა NADH უჯრედში გლიკოლიზის რეაქციიდან მიტოქონდრიებში გადასატანად. ამ უჯრედების მთლიანი ATP წარმოება 36 ATP მოლეკულაა.

ზოგადად, უჯრედებს სჭირდებათ ATP ენერგიის მისაღებად, მაგრამ ATP მოლეკულის ფოსფატური ბმებიდან პოტენციური ენერგიის გამოყენების რამდენიმე გზა არსებობს. ATP– ის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებლებია:

• ის შეიძლება შეიქმნას ერთ უჯრედში და გამოიყენოთ მეორეში.
• მას შეუძლია დაეხმაროს დაშლაში და რთული მოლეკულების აგებაში.
• ის შეიძლება დაემატოს ორგანულ მოლეკულებს, რომ შეიცვალოს მათი ფორმა. ყველა ეს თვისება გავლენას ახდენს იმაზე, თუ როგორ შეუძლია უჯრედს სხვადასხვა ნივთიერებების გამოყენება.

მესამე ფოსფატის ჯგუფის ბმა არის ყველაზე ენერგიული, მაგრამ პროცესის მიხედვით, ფერმენტმა შეიძლება გაწყვიტოს ფოსფატის ობლიგაციებიდან ერთი ან ორი. ეს ნიშნავს, რომ ფოსფატების ჯგუფები დროებით იერთებენ ფერმენტის მოლეკულებს და წარმოიქმნება ან ADP ან AMP. ADP და AMP მოლეკულები მოგვიანებით იცვლება ATP– ით უჯრედული სუნთქვის დროს.

ფერმენტის მოლეკულები ფოსფატის ჯგუფების სხვა ორგანულ მოლეკულაზე გადატანა.

ATP გვხვდება მთელ ცოცხალ ქსოვილებში და მას შეუძლია გადალახოს უჯრედის მემბრანები ენერგიის მიწოდების მიზნით, სადაც ორგანიზმებს ეს სჭირდებათ. ATP– ს გამოყენების სამი მაგალითია სინთეზი ორგანული მოლეკულების, რომლებიც შეიცავს ფოსფატის ჯგუფებს, რეაქციები ხელს უწყობს ATP და აქტიური ტრანსპორტი მემბრანების მოლეკულების. თითოეულ შემთხვევაში, ATP ათავისუფლებს მისი ფოსფატების ერთ ან ორ ჯგუფს, რათა პროცესი მოხდეს.

Მაგალითად, დნმ და რნმ მოლეკულები შედგება ნუკლეოტიდები რომ შეიძლება შეიცავდეს ფოსფატის ჯგუფებს. ფერმენტებს შეუძლიათ ფოსფატის ჯგუფების გამოყოფა ATP– დან და საჭიროებისამებრ დაამატონ ისინი ნუკლეოტიდებში.

პროცესებისათვის, რომლებიც მოიცავს ცილებს, ამინომჟავების ან კუნთების შეკუმშვისთვის გამოყენებულ ქიმიკატებს, ATP– ს შეუძლია ორგანოს მოლეკულას დაურთოს ფოსფატის ჯგუფი. ფოსფატების ჯგუფს შეუძლია მოაშოროს ნაწილები ან დაეხმაროს მოლეკულაში დამატებების შეტანაში, შემდეგ კი გამოთავისუფლდეს მისი შეცვლის შემდეგ. შიგნით კუნთების უჯრედები, ამგვარი მოქმედება ხორციელდება კუნთოვანი უჯრედის თითოეული შეკუმშვისთვის.

აქტიური ტრანსპორტის დროს, ATP– ს შეუძლია გადალახოს უჯრედის მემბრანები და მასთან სხვა ნივთიერებები მოიტანოს. მას ასევე შეუძლია დაურთოს ფოსფატის ჯგუფები მოლეკულებს შეცვალოს მათი ფორმა და მიეცით საშუალება მათ გაიარონ უჯრედის მემბრანებში. ATP– ს გარეშე ეს პროცესები შეჩერდებოდა და უჯრედები ვეღარ შეძლებდნენ ფუნქციონირებას.