Adenozīna trifosfāts (ATP): definīcija, struktūra un funkcija

ATP (adenozīna trifosfāts) ir organiska molekula, kas atrodas visā dzīvajā šūnā. Organismiem jāspēj pārvietoties, vairoties un atrast barību.

Šīs darbības prasa enerģiju un ir balstītas uz tām ķīmiskās reakcijas šūnu iekšpusē, kas veido organismu. Enerģija šīm šūnu reakcijām nāk no ATP molekula.

Tas ir vēlamais degvielas avots lielākajai daļai dzīvo lietu, un to bieži dēvē par "valūtas molekulāro vienību".

The ATP molekulai ir trīs daļas:

1. The adenozīns modulis ir slāpekļa bāze, kas sastāv no četriem slāpekļa atomiem un NH2 grupas uz oglekļa savienojuma pamatnes.
2. The riboze grupa ir piecu oglekļa cukurs molekulas centrā.
3. The fosfāts grupas ir sakārtotas un savienotas ar skābekļa atomiem molekulas tālākajā pusē, prom no adenozīna grupas.

Enerģija tiek uzkrāta saiknēs starp fosfātu grupām. Fermenti var atdalīt vienu vai divas fosfātu grupas, atbrīvojot uzkrāto enerģiju un veicinot tādas aktivitātes kā muskuļu kontrakcija. Kad ATP zaudē vienu fosfāta grupu, tā kļūst ADP vai adenozīna difosfāts. Kad ATP zaudē divas fosfātu grupas, tā mainās uz AMP vai adenozīna monofosfāts.

Elpošanas procesam šūnu līmenī ir trīs fāzes.

Pirmajās divās fāzēs tiek sadalītas glikozes molekulas un rodas CO2. Šajā brīdī tiek sintezēts neliels skaits ATP molekulu. Lielākā daļa ATP tiek izveidota elpošanas trešajā fāzē, izmantojot olbaltumvielu kompleksu, ko sauc ATP sintāze.

Galīgā reakcija šajā fāzē apvieno pusi skābekļa molekulas ar ūdeņradi, lai iegūtu ūdeni. Katras fāzes detalizētās reakcijas ir šādas:

Glikozes sešu oglekļa molekula saņem divas fosfātu grupas no divām ATP molekulām, pārvēršot tās par ADP. Sešu oglekļa glikozes fosfāts tiek sadalīts divās trīs oglekļa cukura molekulās, no kurām katrai ir pievienota fosfātu grupa.

Koenzīma NAD + iedarbībā cukura fosfāta molekulas kļūst par trīs oglekļa piruvāta molekulām. NAD + molekula kļūst NADH, un ATP molekulas tiek sintezētas no ADP.

The Krebsa cikls tiek saukts arī par citronskābes cikls, un tas pabeidz glikozes molekulas sadalīšanos, vienlaikus radot vairāk ATP molekulu. Katrai piruvāta grupai viena NAD + molekula oksidējas par NADH un koenzīms A piegādā acetilgrupu Krebsa ciklā, vienlaikus atbrīvojot oglekļa dioksīda molekulu.

Katram cikla pagriezienam caur citronskābi un tās atvasinājumiem cikls rada četras NADH molekulas katrai piruvāta ieejai. Tajā pašā laikā molekula FAD iegūst divus ūdeņražus un divus elektronus, lai kļūtu FADH2, un izdalās vēl divas oglekļa dioksīda molekulas.

Visbeidzot, vienā cikla pagriezienā tiek ražota viena ATP molekula.

Tā kā katra glikozes molekula ražo divas piruvāta ievades grupas, vienas glikozes molekulas metabolizēšanai ir nepieciešami divi Krebsa cikla pagriezieni. Šie divi pagriezieni rada astoņas NADH molekulas, divas FADH2 molekulas un sešas oglekļa dioksīda molekulas.

Šūnas elpošanas pēdējā fāze ir elektronu transporta ķēde vai Utt. Šajā fāzē tiek izmantots skābeklis un Krebsa cikla radītie fermenti, lai sintezētu lielu skaitu ATP molekulu procesā, ko sauc oksidatīvā fosforilēšana. NADH un FADH2 sākotnēji ziedo ķēdei elektronus, un virkne reakciju veido potenciālo enerģiju, lai izveidotu ATP molekulas.

Pirmkārt, NADH molekulas kļūst par NAD +, kad tās ziedo elektronus ķēdes pirmajam olbaltumvielu kompleksam. FADH2 molekulas ziedo elektronus un ūdeņražus ķēdes otrajam olbaltumvielu kompleksam un kļūst par FAD. NAD + un FAD molekulas tiek atgrieztas Krebsa ciklā kā izejvielas.

Kad elektroni virzās pa ķēdi reducēšanās un oksidēšanās virknē, vai redokss reakcijas, atbrīvoto enerģiju izmanto olbaltumvielu sūknēšanai pa membrānu, vai nu šūnas membrānai prokarioti vai mitohondrijos eikarioti.

Kad protoni difundē atpakaļ caur membrānu, izmantojot olbaltumvielu kompleksu, ko sauc par ATP sintāzi, protonu enerģiju izmanto, lai pievienotu papildu fosfātu grupu ADP, radot ATP molekulas.

ATP tiek ražots katrā šūnu elpošana, bet pirmie divi posmi ir vērsti uz vielu sintezēšanu, lai izmantotu trešo posmu, kur notiek lielākā ATP ražošanas daļa.

Glikolīze vispirms izmanto divas ATP molekulas glikozes molekulas sadalīšanai, bet pēc tam izveido četras ATP molekulas tīrais ieguvums no diviem. Izgatavots Krebsa cikls vēl divas ATP molekulas katrai izmantotajai glikozes molekulai. Visbeidzot, ETC ražošanai izmanto iepriekšējo posmu elektronu donorus 34 ATP molekulas.

Šūnu elpošanas ķīmiskās reakcijas tādējādi rada kopējo 38 ATP molekulas katrai glikozes molekulai, kas nonāk glikolīzē.

Dažos organismos divas ATP molekulas tiek izmantotas, lai NADH no šūnas glikolīzes reakcijas pārnestu mitohondrijos. Šo šūnu kopējā ATP produkcija ir 36 ATP molekulas.

Šūnām enerģijai parasti ir nepieciešama ATP, taču ir vairāki veidi, kā tiek izmantota ATP molekulas fosfāta saišu potenciālā enerģija. Vissvarīgākās ATP iezīmes ir:

• To var izveidot vienā šūnā un izmantot citā.
• Tas var palīdzēt sadalīties un veidot sarežģītas molekulas.
• To var pievienot organiskām molekulām, lai mainītu to formu. Visas šīs funkcijas ietekmē to, kā šūna var izmantot dažādas vielas.

Trešā fosfātu grupas saite ir enerģiskākais, bet atkarībā no procesa enzīms var pārtraukt vienu vai divas fosfāta saites. Tas nozīmē, ka fosfātu grupas īslaicīgi pievienojas fermentu molekulām un tiek ražots vai nu ADP, vai AMP. Šūnu elpošanas laikā ADP un AMP molekulas vēlāk tiek mainītas atpakaļ uz ATP.

The enzīmu molekulas fosfātu grupas pārnes uz citām organiskām molekulām.

ATP ir sastopams visos dzīvajos audos, un tas var šķērsot šūnu membrānas, lai piegādātu enerģiju tur, kur organismiem tā nepieciešama. Trīs ATP izmantošanas piemēri ir sintēze organisko molekulu, kas satur fosfātu grupas, reakcijas atvieglo ATP un aktīvs transports molekulu pāri membrānām. Katrā gadījumā ATP atbrīvo vienu vai divas fosfāta grupas, lai process varētu notikt.

Piemēram, DNS un RNS molekulas sastāv no nukleotīdi kas var saturēt fosfātu grupas. Fermenti var atdalīt fosfātu grupas no ATP un pēc vajadzības pievienot nukleotīdiem.

Procesiem, kas saistīti ar olbaltumvielām, aminoskābes vai ķīmiskas vielas, ko izmanto muskuļu kontrakcijai, ATP var piesaistīt fosfātu grupu organiskai molekulai. Fosfātu grupa var noņemt daļas vai palīdzēt pievienot molekulai un pēc tam to izdalīt pēc tās nomaiņas. In muskuļu šūnas, šāda veida darbība tiek veikta katram muskuļu šūnas kontrakcijai.

Aktīvā transportā ATP var šķērsot šūnu membrānas un nest sev līdzi citas vielas. Tas var arī piesaistīt fosfātu grupas molekulām mainīt to formu un ļauj tām iziet caur šūnu membrānām. Bez ATP šie procesi apstātos, un šūnas vairs nevarētu darboties.