Adenozino trifosfatas (ATP): apibrėžimas, struktūra ir funkcija

ATP (adenozino trifosfatas) yra organinė molekulė, randama visose gyvose ląstelėse. Organizmai turi mokėti judėti, daugintis ir rasti maistą.

Ši veikla reikalauja energijos ir yra pagrįsta cheminės reakcijos organizmą sudarančių ląstelių viduje. Šių ląstelių reakcijų energija gaunama iš ATP molekulė.

Tai yra pageidaujamas kuro šaltinis daugumai gyvų daiktų ir dažnai vadinamas „molekuliniu valiutos vienetu“.

ATP molekulė turi tris dalis:

1.  adenozinas modulis yra azoto bazė, sudaryta iš keturių azoto atomų ir NH2 grupės ant anglies junginio pagrindo.
2.  ribozė grupė yra penkių anglių cukrus, esantis molekulės centre.
3.  fosfatas grupės yra išrikiuotos ir sujungtos deguonies atomais tolimoje molekulės pusėje, toliau nuo adenozino grupės.

Energija kaupiama jungtyse tarp fosfatų grupių. Fermentai gali atskirti vieną ar dvi fosfatų grupes, išlaisvindama sukauptą energiją ir skatindama veiklą, pvz., raumenų susitraukimą. Kai ATP praranda vieną fosfatų grupę, ji tampa ADP arba adenozino difosfatas. Kai ATP praranda dvi fosfatų grupes, jis pasikeičia į AMP arba adenozino monofosfatas.

Kvėpavimo procesas ląstelių lygmenyje turi tris fazes.

Pirmosiose dviejose fazėse suskaidomos gliukozės molekulės ir susidaro CO2. Šiuo metu sintetinamas nedidelis skaičius ATP molekulių. Didžioji dalis ATP susidaro per trečiąją kvėpavimo fazę per baltymų kompleksą, vadinamą ATP sintazė.

Galutinė reakcija toje fazėje sujungia pusę deguonies molekulės su vandeniliu, kad gautų vandenį. Išsamios kiekvienos fazės reakcijos yra tokios:

Šešio anglies gliukozės molekulė gauna dvi fosfatų grupes iš dviejų ATP molekulių, paversdama jas ADP. Šešių anglių gliukozės fosfatas yra suskaidomas į dvi trijų anglies cukraus molekules, kurių kiekvienoje yra fosfatų grupė.

Veikiant kofermentui NAD +, cukraus fosfato molekulės tampa trijų anglies piruvato molekulėmis. NAD + molekulė tampa NADH, ir ATP molekulės sintetinamos iš ADP.

Krebso ciklas taip pat vadinamas citrinos rūgšties ciklas, ir jis užbaigia gliukozės molekulės skaidymą, tuo pačiu generuodamas daugiau ATP molekulių. Kiekvienai piruvato grupei viena NAD + molekulė oksiduojasi iki NADH ir kofermentas A tiekia acetilo grupę į Krebso ciklą, tuo pačiu išskirdamas anglies dioksido molekulę.

Kiekvienam ciklo posūkiui per citrinos rūgštį ir jos darinius ciklas sukuria keturias NADH molekules kiekvienam piruvato įvadui. Tuo pačiu metu molekulė FAD įgauna du vandenilius ir du elektronus, kad taptų FADH2, ir išsiskiria dar dvi anglies dioksido molekulės.

Galiausiai per vieną ciklo posūkį susidaro viena ATP molekulė.

Kadangi kiekviena gliukozės molekulė gamina dvi piruvato įvesties grupes, vienai gliukozės molekulei metabolizuoti reikia dviejų Krebso ciklo posūkių. Šie du posūkiai gamina aštuonias NADH molekules, dvi FADH2 molekules ir šešias anglies dioksido molekules.

Paskutinė ląstelių kvėpavimo fazė yra elektronų perdavimo grandinė arba Ir kt. Ši fazė naudoja deguonį ir Krebso ciklo gaminamus fermentus, kad sintetintų daugybę ATP molekulių procese, vadinamame oksidacinis fosforilinimas. NADH ir FADH2 iš pradžių grandinei dovanoja elektronus, o reakcijų serija kaupia potencialią energiją ATP molekulėms sukurti.

Pirma, NADH molekulės tampa NAD +, nes jos paaukoja elektronus pirmajam grandinės baltymų kompleksui. FADH2 molekulės elektronams ir vandeniliams dovanoja antrąjį grandinės baltymų kompleksą ir tampa FAD. NAD + ir FAD molekulės grąžinamos į Krebso ciklą kaip įvestys.

Kai elektronai keliauja žemyn grandine redukcijos ir oksidacijos serijomis, arba redoksas reakcijos, išskirta energija naudojama baltymams pumpuoti per membraną, arba ląstelės membraną prokariotai arba mitochondrijose eukariotai.

Kai protonai difunduoja atgal per membraną per baltymų kompleksą, vadinamą ATP sintaze, protonų energija naudojama papildomai fosfatų grupei prijungti prie ADP, kuriančių ATP molekules.

ATP gaminamas kiekviename etape ląstelinis kvėpavimas, tačiau pirmieji du etapai yra sutelkti į medžiagų sintezę, kad būtų galima naudoti trečiąjį etapą, kuriame vyksta didžioji ATP dalis.

Glikolizė pirmiausia naudoja dvi ATP molekules gliukozės molekulei skaidyti, bet tada sukuria keturias ATP molekules grynasis pelnas iš dviejų. Sukurtas Krebso ciklas dar dvi ATP molekulės kiekvienai naudojamai gliukozės molekulei. Galiausiai ETC gamybai naudoja ankstesnių etapų elektronų donorus 34 ATP molekulės.

Dėl ląstelių kvėpavimo cheminių reakcijų iš viso susidaro 38 ATP molekulės kiekvienai gliukozės molekulei, kuri patenka į glikolizę.

Kai kuriuose organizmuose NADH iš ląstelės glikolizės reakcijos į mitochondrijas perduodamos dviem ATP molekulėmis. Bendra šių ląstelių ATP gamyba yra 36 ATP molekulės.

Apskritai ląstelėms energijai reikia ATP, tačiau yra keli būdai, kaip panaudoti potencialią energiją iš ATP molekulės fosfatinių ryšių. Svarbiausios ATP savybės yra šios:

• Jis gali būti sukurtas vienoje ląstelėje ir naudojamas kitoje.
• Tai gali padėti išsiskirti ir sukurti sudėtingas molekules.
• Jis gali būti dedamas į organines molekules, kad būtų pakeista jų forma. Visos šios savybės turi įtakos tam, kaip ląstelė gali naudoti skirtingas medžiagas.

Trečioji fosfatų grupės jungtis yra energingiausias, tačiau, priklausomai nuo proceso, fermentas gali nutraukti vieną ar du fosfato ryšius. Tai reiškia, kad fosfatų grupės laikinai prisijungia prie fermento molekulių ir gaminasi arba ADP, arba AMP. Ląstelinio kvėpavimo metu ADP ir AMP molekulės vėliau vėl keičiamos į ATP.

fermentų molekulės fosfato grupes perkelti į kitas organines molekules.

ATP randama visuose gyvuose audiniuose, ir ji gali kirsti ląstelių membranas, kad energiją pristatytų ten, kur organizmams reikia. Trys ATP naudojimo pavyzdžiai yra sintezė organinių molekulių, kuriose yra fosfatų grupių, reakcijos palengvino ATP ir aktyvus transportas molekulių skersai membranų. Kiekvienu atveju ATP išskiria vieną ar dvi fosfatų grupes, kad procesas vyktų.

Pavyzdžiui, DNR ir RNR molekulės yra sudarytos iš nukleotidai kuriuose gali būti fosfatų grupių. Fermentai gali atjungti fosfato grupes nuo ATP ir prireikus pridėti prie nukleotidų.

Procesams, kuriuose dalyvauja baltymai, amino rūgštys arba chemikalai, naudojami raumenų susitraukimui, ATP gali prijungti fosfatų grupę prie organinės molekulės. Fosfatų grupė gali pašalinti molekules arba padėti jas papildyti, o paskui pakeisdama ją išlaisvinti. Į raumenų ląstelės, tokio pobūdžio veiksmai atliekami kiekvienam raumens ląstelės susitraukimui.

Aktyviai transportuodamas, ATP gali kirsti ląstelių membranas ir atsinešti kitų medžiagų. Jis taip pat gali prijungti fosfatų grupes prie molekulių pakeisti savo formą ir leisti jiems prasiskverbti pro ląstelių membranas. Be ATP šie procesai sustotų ir ląstelės nebegalėtų veikti.