Adenosinetrifosfaat (ATP): definitie, structuur en functie

ATP (adenosinetrifosfaat) is een organisch molecuul dat in levende cellen wordt aangetroffen. Organismen moeten kunnen bewegen, zich voortplanten en voedsel vinden.

Deze activiteiten kosten energie en zijn gebaseerd op: chemische reacties in de cellen waaruit het organisme bestaat. De energie voor deze cellulaire reacties komt van de ATP-molecuul.

Het is de geprefereerde brandstofbron voor de meeste levende wezens en wordt vaak de 'moleculaire munteenheid' genoemd.

De ATP-molecuul bestaat uit drie delen::

1. De adenosine module is een stikstofhoudende base die bestaat uit vier stikstofatomen en een NH2-groep op een koolstofverbindingsruggengraat.
2. De ribose groep is een suiker met vijf koolstofatomen in het midden van het molecuul.
3. De fosfaat groepen zijn opgesteld en verbonden door zuurstofatomen aan de andere kant van het molecuul, weg van de adenosinegroep.

In de verbindingen tussen de fosfaatgroepen wordt energie opgeslagen. Enzymen kan een of twee van de fosfaatgroepen losmaken, waardoor de opgeslagen energie vrijkomt en activiteiten zoals spiercontractie worden gestimuleerd. Wanneer ATP één fosfaatgroep verliest, wordt het

Het ademhalingsproces op cellulair niveau kent drie fasen.

In de eerste twee fasen worden glucosemoleculen afgebroken en wordt CO2 geproduceerd. Op dit punt wordt een klein aantal ATP-moleculen gesynthetiseerd. Het grootste deel van de ATP wordt aangemaakt tijdens de derde fase van de ademhaling via een eiwitcomplex genaamd ATP-synthase.

De laatste reactie in die fase combineert een half molecuul zuurstof met waterstof om water te produceren. De gedetailleerde reacties van elke fase zijn als volgt:

Een glucosemolecuul met zes koolstofatomen ontvangt twee fosfaatgroepen van twee ATP-moleculen en verandert ze in ADP. Het glucosefosfaat met zes koolstofatomen wordt afgebroken tot twee suikermoleculen met drie koolstofatomen, elk met een daaraan gehechte fosfaatgroep.

Onder invloed van co-enzym NAD+ worden de suikerfosfaatmoleculen pyruvaatmoleculen met drie koolstofatomen. Het NAD+ molecuul wordt NADH, en ATP-moleculen worden gesynthetiseerd uit ADP.

De citroenzuurcyclus wordt ook wel de genoemd citroenzuur cyclus, en het voltooit de afbraak van het glucosemolecuul terwijl het meer ATP-moleculen genereert. Voor elke pyruvaatgroep wordt één molecuul NAD+ geoxideerd tot NADH, en de co-enzym A levert een acetylgroep aan de Krebs-cyclus terwijl een koolstofdioxidemolecuul vrijkomt.

Voor elke omwenteling van de cyclus door citroenzuur en zijn derivaten, produceert de cyclus vier NADH-moleculen voor elke pyruvaatinvoer. Tegelijkertijd neemt het molecuul FAD twee waterstofatomen en twee elektronen aan om FADH2, en er komen nog twee koolstofdioxidemoleculen vrij.

Ten slotte wordt een enkel ATP-molecuul geproduceerd per één omwenteling van de cyclus.

Omdat elk glucosemolecuul twee pyruvaat-invoergroepen produceert, zijn twee omwentelingen van de Krebs-cyclus nodig om één glucosemolecuul te metaboliseren. Deze twee windingen produceren acht NADH-moleculen, twee FADH2-moleculen en zes koolstofdioxidemoleculen.

De laatste fase van celademhaling is de elektronentransportketen of ENZ. Deze fase gebruikt zuurstof en de enzymen die door de Krebs-cyclus worden geproduceerd om een ​​groot aantal ATP-moleculen te synthetiseren in een proces dat oxidatieve fosforylering. NADH en FADH2 doneren aanvankelijk elektronen aan de keten en een reeks reacties bouwt potentiële energie op om ATP-moleculen te creëren.

Ten eerste worden NADH-moleculen NAD+ omdat ze elektronen afstaan ​​aan het eerste eiwitcomplex van de keten. De FADH2-moleculen doneren elektronen en waterstofatomen aan het tweede eiwitcomplex van de keten en worden FAD. De NAD+- en FAD-moleculen worden als input teruggevoerd naar de Krebs-cyclus.

Terwijl de elektronen door de keten gaan in een reeks van reductie en oxidatie, of redox reacties, wordt de vrijgekomen energie gebruikt om eiwitten door een membraan te pompen, ofwel het celmembraan voor prokaryoten of in de mitochondriën voor eukaryoten.

Wanneer de protonen terug diffunderen over het membraan via een eiwitcomplex dat ATP-synthase wordt genoemd, wordt de protonenenergie gebruikt om een ​​extra fosfaatgroep aan ADP te hechten, waardoor ATP-moleculen ontstaan.

ATP wordt geproduceerd in elke fase van cellulaire ademhaling, maar de eerste twee fasen zijn gericht op het synthetiseren van stoffen voor het gebruik van de derde fase waar het grootste deel van de ATP-productie plaatsvindt.

Glycolyse gebruikt eerst twee ATP-moleculen voor de splitsing van een glucosemolecuul, maar creëert vervolgens vier ATP-moleculen voor een netto winst van twee. De Krebs-cyclus geproduceerd nog twee ATP-moleculen voor elk gebruikt glucosemolecuul. Ten slotte gebruikt de ETC elektronendonoren uit de vorige stadia om te produceren 34 moleculen ATP.

De chemische reacties van cellulaire ademhaling produceren daarom in totaal: 38 ATP-moleculen voor elk glucosemolecuul dat de glycolyse binnengaat.

In sommige organismen worden twee ATP-moleculen gebruikt om NADH van de glycolysereactie in de cel naar de mitochondriën over te brengen. De totale ATP-productie voor deze cellen is 36 ATP-moleculen.

Over het algemeen hebben cellen ATP nodig voor energie, maar er zijn verschillende manieren waarop de potentiële energie van de fosfaatbindingen van het ATP-molecuul wordt gebruikt. De belangrijkste kenmerken van ATP zijn:

• Het kan in de ene cel worden gemaakt en in een andere worden gebruikt.
• Het kan helpen om complexe moleculen uit elkaar te halen en op te bouwen.
• Het kan aan organische moleculen worden toegevoegd om hun vorm te veranderen. Al deze kenmerken hebben invloed op hoe een cel verschillende stoffen kan gebruiken.

De derde fosfaatgroepbinding is de meest energieke, maar afhankelijk van het proces kan een enzym een ​​of twee van de fosfaatbindingen verbreken. Dit betekent dat de fosfaatgroepen tijdelijk aan de enzymmoleculen worden gehecht en ADP of AMP wordt geproduceerd. De ADP- en AMP-moleculen worden later tijdens cellulaire ademhaling weer omgezet in ATP.

De enzym moleculen de fosfaatgroepen overbrengen naar andere organische moleculen.

ATP wordt overal in levende weefsels aangetroffen en kan celmembranen passeren om energie te leveren waar de organismen het nodig hebben. Drie voorbeelden van ATP-gebruik zijn: synthese van organische moleculen die fosfaatgroepen bevatten, reacties gefaciliteerd door ATP en actief transport van moleculen over membranen. In elk geval geeft ATP een of twee van zijn fosfaatgroepen vrij om het proces te laten plaatsvinden.

Bijvoorbeeld, DNA en RNA moleculen zijn opgebouwd uit nucleotiden die fosfaatgroepen kunnen bevatten. Enzymen kunnen fosfaatgroepen losmaken van ATP en deze naar behoefte aan nucleotiden toevoegen.

Voor processen waarbij eiwitten betrokken zijn, aminozuren of chemicaliën die worden gebruikt voor spiercontractie, kan ATP een fosfaatgroep aan een organisch molecuul hechten. De fosfaatgroep kan delen verwijderen of helpen bij het maken van toevoegingen aan het molecuul en het vervolgens vrijgeven na verandering. In spiercellen, wordt dit soort actie uitgevoerd voor elke samentrekking van de spiercel.

Bij actief transport kan ATP celmembranen passeren en andere stoffen meebrengen. Het kan ook fosfaatgroepen aan moleculen binden om hun vorm veranderen en laat ze door celmembranen gaan. Zonder ATP zouden deze processen stoppen en zouden cellen niet meer kunnen functioneren.