Adenozin trifosfat (ATP): opredelitev, zgradba in funkcija

ATP (adenozin trifosfat) je organska molekula, ki jo najdemo v živih celicah. Organizmi morajo biti sposobni gibanja, razmnoževanja in iskanja hrane.

Te dejavnosti jemljejo energijo in temeljijo na kemijske reakcije znotraj celic, ki tvorijo organizem. Energija za te celične reakcije prihaja iz Molekula ATP.

Je najprimernejši vir goriva za večino živih bitij in ga pogosto imenujejo "molekularna enota valute".

The Molekula ATP ima tri dele:

1. The adenozin modul je dušikova baza, sestavljena iz štirih atomov dušika in skupine NH2 na ogrodju ogljikove spojine.
2. The riboza skupina je petogljični sladkor v središču molekule.
3. The fosfat Skupine so razporejene in povezane z atomi kisika na skrajni strani molekule, stran od adenozinske skupine.

Energija je shranjena v povezavah med fosfatnimi skupinami. Encimi lahko odstranijo eno ali dve fosfatni skupini, ki sproščata shranjeno energijo in spodbujata dejavnosti, kot je krčenje mišic. Ko ATP izgubi eno fosfatno skupino, postane ADP ali adenozin difosfat. Ko ATP izgubi dve fosfatni skupini, se spremeni v AMP ali adenozin monofosfat.

Proces dihanja na celični ravni ima tri faze.

V prvih dveh fazah se molekule glukoze razgradijo in nastane CO2. Na tej točki se sintetizira majhno število molekul ATP. Večina ATP nastane v tretji fazi dihanja s pomočjo beljakovinskega kompleksa, imenovanega ATP sintaza.

Končna reakcija v tej fazi združi pol molekule kisika z vodikom, da nastane voda. Podrobni odzivi vsake faze so naslednji:

Molekula glukoze s šestimi ogljiki prejme dve fosfatni skupini iz dveh molekul ATP in ju spremenita v ADP. Šestogljični glukozni fosfat se razgradi na dve molekuli sladkorja s tremi ogljiki, vsaka s pritrjeno fosfatno skupino.

Pod delovanjem koencima NAD + molekule sladkornega fosfata postanejo molekule tri-ogljikovega piruvata. Molekula NAD + postane NADH, in molekule ATP se sintetizirajo iz ADP.

The Krebsov cikel se imenuje tudi ciklus citronske kisline, in dokonča razgradnjo molekule glukoze, medtem ko tvori več molekul ATP. Za vsako piruvatno skupino ena molekula NAD + oksidira v NADH in koencim A v Krebsov cikel dovaja acetilno skupino, medtem ko sprošča molekulo ogljikovega dioksida.

Za vsak zavoj cikla skozi citronsko kislino in njene derivate cikel proizvaja štiri molekule NADH za vsak vloženi piruvat. Hkrati molekula FAD prevzame dva vodika in dva elektrona FADH2, in sprosti se še dve molekuli ogljikovega dioksida.

Na koncu nastane ena sama molekula ATP na en obrat cikla.

Ker vsaka molekula glukoze proizvaja dve vhodni skupini piruvata, sta za presnovo ene molekule glukoze potrebna dva zavoja Krebsovega cikla. Ta dva obrata proizvedeta osem molekul NADH, dve molekuli FADH2 in šest molekul ogljikovega dioksida.

Zadnja faza celičnega dihanja je elektronska transportna veriga ali Itd. Ta faza uporablja kisik in encime, ki jih proizvaja Krebsov cikel, za sintezo velikega števila molekul ATP v procesu, imenovanem oksidativna fosforilacija. NADH in FADH2 dovajata elektrone verigi na začetku, vrsta reakcij pa gradi potencialno energijo za ustvarjanje molekul ATP.

Najprej molekule NADH postanejo NAD +, ko donirajo elektrone v prvi beljakovinski kompleks v verigi. Molekule FADH2 donirajo elektrone in vodike drugemu beljakovinskemu kompleksu verige in postanejo FAD. Molekuli NAD + in FAD se vrneta v Krebsov cikel kot vhoda.

Ko elektroni potujejo po verigi v vrsti redukcije in oksidacije, oz redoks V reakcijah se osvobojena energija uporablja za črpanje beljakovin čez membrano, bodisi celično membrano za prokarionti ali v mitohondrijih za evkarionti.

Ko protoni difundirajo nazaj skozi membrano skozi beljakovinski kompleks, imenovan ATP sintaza, se protonska energija porabi za pritrditev dodatne fosfatne skupine na ADP, ki ustvarja molekule ATP.

ATP se proizvaja v vsaki fazi celično dihanje, vendar sta prvi dve stopnji osredotočeni na sintetiziranje snovi za uporabo tretje stopnje, kjer poteka večina proizvodnje ATP.

Glikoliza najprej porabi dve molekuli ATP za delitev molekule glukoze, nato pa ustvari štiri molekule ATP za čisti dobiček dveh. Izdelan Krebsov cikel še dve molekuli ATP za vsako uporabljeno molekulo glukoze. Končno ETC za proizvodnjo uporablja darovalce elektronov iz prejšnjih faz 34 molekul ATP.

Kemične reakcije celičnega dihanja torej povzročijo skupno 38 molekul ATP za vsako molekulo glukoze, ki vstopi v glikolizo.

V nekaterih organizmih se dve molekuli ATP uporabljata za prenos NADH iz reakcije glikolize v celici v mitohondrije. Skupna proizvodnja ATP v teh celicah je 36 molekul ATP.

Na splošno celice ATP potrebujejo za energijo, vendar obstaja več načinov uporabe potencialne energije iz fosfatnih vezi molekule ATP. Najpomembnejše značilnosti ATP so:

• Ustvari se lahko v eni celici in uporabi v drugi.
• Pomaga lahko pri ločitvi in ​​gradnji kompleksnih molekul.
• Lahko ga dodajamo organskim molekulam, da spremenimo njihovo obliko. Vse te lastnosti vplivajo na to, kako lahko celica uporablja različne snovi.

Tretja vez fosfatne skupine je najbolj energična, vendar lahko encim prekine eno ali dve fosfatni vezi, odvisno od postopka. To pomeni, da se fosfatne skupine začasno vežejo na encimske molekule in nastane bodisi ADP bodisi AMP. Molekuli ADP in AMP se pozneje med celičnim dihanjem spremeni v ATP.

The encimske molekule prenesejo fosfatne skupine na druge organske molekule.

ATP najdemo v živih tkivih in lahko prečka celične membrane, da dostavi energijo tja, kjer jo organizmi potrebujejo. Trije primeri uporabe ATP so sinteza organskih molekul, ki vsebujejo fosfatne skupine, reakcije olajšali ATP in aktivni prevoz molekul čez membrane. V vsakem primeru ATP sprosti eno ali dve svoji fosfatni skupini, da se omogoči postopek.

Na primer DNA in RNA molekule so sestavljene iz nukleotidi ki lahko vsebujejo fosfatne skupine. Encimi lahko ločijo fosfatne skupine od ATP in jih po potrebi dodajo nukleotidom.

Za procese, ki vključujejo beljakovine, amino kisline ali kemikalij, ki se uporabljajo za krčenje mišic, lahko ATP pritrdi fosfatno skupino na organsko molekulo. Fosfatna skupina lahko odstrani dele ali pomaga pri dodajanju molekule in jo po spremembi sprosti. V mišične celice, tovrstno delovanje se izvaja pri vsakem krčenju mišične celice.

V aktivnem transportu lahko ATP prečka celične membrane in s seboj prinese druge snovi. Na molekule lahko pritrdi tudi fosfatne skupine spremenijo svojo obliko in jim omogočiti prehod skozi celične membrane. Brez ATP bi se ti procesi ustavili in celice ne bi mogle več delovati.