Adenosintrifosfat (ATP): Definisjon, struktur og funksjon

ATP (adenosintrifosfat) er et organisk molekyl som finnes i levende celler. Organismer må kunne bevege seg, reprodusere og finne næring.

Disse aktivitetene tar energi og er basert på kjemiske reaksjoner inne i cellene som utgjør organismen. Energien for disse mobilreaksjonene kommer fra ATP-molekyl.

Det er den foretrukne drivstoffkilden for de fleste levende ting og blir ofte referert til som "molekylær valutaenhet."

De ATP-molekylet har tre deler:

1. De adenosin modulen er en nitrogenholdig base som består av fire nitrogenatomer og en NH2-gruppe på en karbonforbindelse.
2. De ribose gruppe er et sukker med fem karbon i sentrum av molekylet.
3. De fosfat grupper er stilt opp og bundet av oksygenatomer på den andre siden av molekylet, vekk fra adenosingruppen.

Energi lagres i koblingene mellom fosfatgruppene. Enzymer kan løsne en eller to av fosfatgruppene som frigjør lagret energi og gi drivstoff til aktiviteter som muskelsammentrekning. Når ATP mister en fosfatgruppe blir den ADP eller adenosindifosfat. Når ATP mister to fosfatgrupper, endres det til AMP eller adenosinmonofosfat.

Åndedrettsprosessen på mobilnivå har tre faser.

I de to første fasene brytes glukosemolekylene ned og CO2 produseres. Et lite antall ATP-molekyler syntetiseres på dette punktet. Det meste av ATP er opprettet i løpet av tredje fase av respirasjonen via et proteinkompleks som kalles ATP-syntase.

Den siste reaksjonen i den fasen kombinerer et halvt oksygenmolekyl med hydrogen for å produsere vann. De detaljerte reaksjonene i hver fase er som følger:

Et glukosemolekyl med seks karbon mottar to fosfatgrupper fra to ATP-molekyler, og gjør dem til ADP. Seks-karbon glukosefosfat brytes ned i to tre-karbon sukkermolekyler, hver med en fosfatgruppe festet.

Under virkningen av koenzym NAD + blir sukkerfosfatmolekylene tre-karbon pyruvatmolekyler. NAD + -molekylet blir NADH, og ATP-molekyler syntetiseres fra ADP.

De Krebs sykler kalles også sitronsyresyklus, og det fullfører nedbrytningen av glukosemolekylet mens det genererer flere ATP-molekyler. For hver pyruvatgruppe blir ett molekyl av NAD + oksidert til NADH, og koenzym A leverer en acetylgruppe til Krebs-syklusen mens den frigjør et karbondioksidmolekyl.

For hver omgang av syklusen gjennom sitronsyre og dens derivater, produserer syklusen fire NADH-molekyler for hver pyruvatinngang. Samtidig tar molekylet FAD på seg to hydrogener og to elektroner for å bli FADH2, og to karbondioksidmolekyler frigjøres.

Til slutt produseres et enkelt ATP-molekyl per syklus.

Fordi hvert glukosemolekyl produserer to pyruvat-inngangsgrupper, er det nødvendig med to svinger av Krebs-syklusen for å metabolisere ett glukosemolekyl. Disse to svingene produserer åtte NADH-molekyler, to FADH2-molekyler og seks karbondioksidmolekyler.

Den siste fasen av celleånding er elektrontransportkjede eller ETC. Denne fasen bruker oksygen og enzymer produsert av Krebs-syklusen for å syntetisere et stort antall ATP-molekyler i en prosess som kalles oksydativ fosforylering. NADH og FADH2 donerer elektroner til kjeden i utgangspunktet, og en serie reaksjoner bygger opp potensiell energi for å skape ATP-molekyler.

For det første blir NADH-molekyler NAD + når de donerer elektroner til det første proteinkomplekset i kjeden. FADH2-molekylene donerer elektroner og hydrogener til det andre proteinkomplekset i kjeden og blir FAD. NAD + og FAD-molekylene returneres til Krebs-syklusen som innganger.

Når elektronene beveger seg nedover kjeden i en serie med reduksjon og oksidasjon, eller redoks reaksjoner, blir den frigjorte energien brukt til å pumpe proteiner over en membran, enten cellemembranen for prokaryoter eller i mitokondriene for eukaryoter.

Når protonene diffunderer tilbake over membranen gjennom et proteinkompleks kalt ATP-syntase, brukes protonenergien til å feste en ekstra fosfatgruppe til ADP og skape ATP-molekyler.

ATP produseres i hvert trinn av cellulær respirasjon, men de to første trinnene er fokusert på å syntetisere stoffer for bruk av det tredje trinnet der mesteparten av ATP-produksjonen finner sted.

Glykolyse bruker først opp to molekyler av ATP for splitting av et glukosemolekyl, men lager deretter fire ATP-molekyler for en nettogevinst på to. Krebs-syklusen ble produsert to flere ATP-molekyler for hvert glukosemolekyl som brukes. Til slutt bruker ETC elektrondonorer fra de forrige trinnene til å produsere 34 molekyler av ATP.

De kjemiske reaksjonene ved cellulær respirasjon produserer derfor totalt 38 ATP-molekyler for hvert glukosemolekyl som kommer inn i glykolyse.

I noen organismer brukes to molekyler av ATP til å overføre NADH fra glykolysereaksjonen i cellen til mitokondriene. Den totale ATP-produksjonen for disse cellene er 36 ATP-molekyler.

Generelt trenger celler ATP for energi, men det er flere måter den potensielle energien fra fosfatbindingen til ATP-molekylet brukes på. De viktigste funksjonene til ATP er:

• Den kan opprettes i en celle og brukes i en annen.
• Det kan bidra til å bryte fra hverandre og bygge komplekse molekyler.
• Det kan legges til organiske molekyler for å endre form. Alle disse funksjonene påvirker hvordan en celle kan bruke forskjellige stoffer.

Den tredje fosfatgruppebindingen er mest energiske, men avhengig av prosessen, kan et enzym bryte en eller to av fosfatbindinger. Dette betyr at fosfatgruppene blir midlertidig knyttet til enzymmolekylene, og enten ADP eller AMP produseres. ADP- og AMP-molekylene blir senere byttet tilbake til ATP under cellulær respirasjon.

De enzymmolekyler overføre fosfatgruppene til andre organiske molekyler.

ATP finnes i levende vev, og det kan krysse cellemembraner for å levere energi der organismer trenger det. Tre eksempler på ATP-bruk er syntese av organiske molekyler som inneholder fosfatgrupper, reaksjoner tilrettelagt av ATP og aktiv transport av molekyler over membraner. I hvert tilfelle frigjør ATP en eller to av fosfatgruppene for å la prosessen finne sted.

For eksempel, DNA og RNA molekyler består av nukleotider som kan inneholde fosfatgrupper. Enzymer kan løsne fosfatgrupper fra ATP og legge dem til nukleotider etter behov.

For prosesser som involverer proteiner, aminosyrer eller kjemikalier som brukes til muskelsammentrekning, kan ATP feste en fosfatgruppe til et organisk molekyl. Fosfatgruppen kan fjerne deler eller bidra til å legge til molekylet og deretter frigjøre det etter endring. I muskelceller, denne typen handling utføres for hver sammentrekning av muskelcellen.

I aktiv transport kan ATP krysse cellemembraner og bringe andre stoffer med seg. Det kan også feste fosfatgrupper til molekyler til endre form og la dem passere gjennom cellemembraner. Uten ATP ville disse prosessene stoppe, og celler ville ikke lenger kunne fungere.