Adenosintrifosfat (ATP): Definition, struktur och funktion

ATP (adenosintrifosfat) är en organisk molekyl som finns i levande celler. Organismer måste kunna röra sig, reproducera och hitta näring.

Dessa aktiviteter tar energi och baseras på kemiska reaktioner inuti cellerna som utgör organismen. Energin för dessa cellulära reaktioner kommer från ATP-molekyl.

Det är den föredragna bränslekällan för de flesta levande saker och kallas ofta "den molekylära valutaenheten."

De ATP-molekylen har tre delar:

1. De adenosin modulen är en kvävebas som består av fyra kväveatomer och en NH2-grupp på en kolförening ryggrad.
2. De ribos grupp är ett kolsocker med fem kolar i mitten av molekylen.
3. De fosfat grupper är uppradade och kopplade av syreatomer på molekylens bortre sida, bort från adenosingruppen.

Energi lagras i länkarna mellan fosfatgrupperna. Enzymer kan lossa en eller två av fosfatgrupperna som frigör den lagrade energin och stimulera aktiviteter såsom muskelsammandragning. När ATP förlorar en fosfatgrupp blir den ADP eller adenosindifosfat. När ATP förlorar två fosfatgrupper ändras det till AMP eller adenosinmonofosfat.

Andningsprocessen på mobilnivå har tre faser.

I de första två faserna bryts glukosmolekylerna ner och CO2 produceras. Ett litet antal ATP-molekyler syntetiseras vid denna tidpunkt. Det mesta av ATP skapas under den tredje andningsfasen via ett proteinkomplex som kallas ATP-syntas.

Den slutliga reaktionen i den fasen kombinerar en halv syremolekyl med väte för att producera vatten. De detaljerade reaktionerna i varje fas är som följer:

En glukosmolekyl med sex kolämnen får två fosfatgrupper från två ATP-molekyler, vilket gör dem till ADP. Glukosfosfatet med sex kolhalter bryts ner i två sockermolekyler med tre kol, var och en med en fosfatgrupp fäst.

Under verkan av koenzym NAD + blir sockerfosfatmolekylerna tre-kol pyruvatmolekyler. NAD + -molekylen blir NADH, och ATP-molekyler syntetiseras från ADP.

De Krebs cyklar kallas också citronsyracykel, och det fullbordar nedbrytningen av glukosmolekylen samtidigt som det genererar fler ATP-molekyler. För varje pyruvatgrupp oxideras en molekyl av NAD + till NADH och koenzym A levererar en acetylgrupp till Krebs-cykeln medan den släpper ut en koldioxidmolekyl.

För varje cykelomgång genom citronsyra och dess derivat producerar cykeln fyra NADH-molekyler för varje pyruvatinmatning. Samtidigt tar molekylen FAD på sig två väten och två elektroner för att bli FADH2, och ytterligare två koldioxidmolekyler frigörs.

Slutligen produceras en enda ATP-molekyl per en varv av cykeln.

Eftersom varje glukosmolekyl producerar två pyruvatingångsgrupper behövs två varv av Krebs-cykeln för att metabolisera en glukosmolekyl. Dessa två varv producerar åtta NADH-molekyler, två FADH2-molekyler och sex koldioxidmolekyler.

Den sista fasen av cellandningen är elektron transport kedja eller ETC. Denna fas använder syre och enzymer som produceras av Krebs-cykeln för att syntetisera ett stort antal ATP-molekyler i en process som kallas oxydativ fosforylering. NADH och FADH2 donerar elektroner till kedjan initialt, och en serie reaktioner bygger upp potentiell energi för att skapa ATP-molekyler.

Först blir NADH-molekyler NAD + när de donerar elektroner till det första proteinkomplexet i kedjan. FADH2-molekylerna donerar elektroner och väten till det andra proteinkomplexet i kedjan och blir FAD. NAD + och FAD-molekylerna returneras till Krebs-cykeln som ingångar.

När elektronerna färdas längs kedjan i en serie av reduktion och oxidation, eller redox reaktioner används den frigjorda energin för att pumpa proteiner över ett membran, antingen cellmembranet för prokaryoter eller i mitokondrier för eukaryoter.

När protonerna diffunderar tillbaka över membranet genom ett proteinkomplex som kallas ATP-syntas används protonenergin för att fästa en ytterligare fosfatgrupp till ADP-skapande ATP-molekyler.

ATP produceras i varje steg av cellandningen, men de två första stegen fokuserar på att syntetisera ämnen för användning av det tredje steget där huvuddelen av ATP-produktionen äger rum.

Glykolys använder först två ATP-molekyler för uppdelning av en glukosmolekyl men skapar sedan fyra ATP-molekyler för en nettovinst på två. Krebs-cykeln produceras ytterligare två ATP-molekyler för varje glukosmolekyl som används. Slutligen använder ETC elektrondonatorer från tidigare steg för att producera 34 molekyler av ATP.

De kemiska reaktionerna vid cellulär andning ger därför totalt 38 ATP-molekyler för varje glukosmolekyl som går in i glykolys.

I vissa organismer används två ATP-molekyler för att överföra NADH från glykolysreaktionen i cellen till mitokondrier. Den totala ATP-produktionen för dessa celler är 36 ATP-molekyler.

I allmänhet behöver celler ATP för energi, men det finns flera sätt som den potentiella energin från fosfatbindningarna i ATP-molekylen används. De viktigaste funktionerna i ATP är:

• Den kan skapas i en cell och användas i en annan.
• Det kan hjälpa till att bryta sönder och bygga komplexa molekyler.
• Det kan läggas till organiska molekyler för att ändra form. Alla dessa funktioner påverkar hur en cell kan använda olika ämnen.

Den tredje fosfatgruppbindningen är mest energiskamen beroende på processen kan ett enzym bryta en eller två av fosfatbindningarna. Detta innebär att fosfatgrupperna tillfälligt binds till enzymmolekylerna och antingen ADP eller AMP produceras. ADP- och AMP-molekylerna byts senare tillbaka till ATP under cellulär andning.

De enzymmolekyler överföra fosfatgrupperna till andra organiska molekyler.

ATP finns i levande vävnader och kan passera cellmembran för att leverera energi där organismerna behöver det. Tre exempel på ATP-användning är syntes av organiska molekyler som innehåller fosfatgrupper, reaktioner underlättas av ATP och aktiv transport av molekyler över membran. I båda fallen släpper ATP en eller två av sina fosfatgrupper för att processen ska kunna ske.

Till exempel, DNA och RNA molekyler består av nukleotider som kan innehålla fosfatgrupper. Enzymer kan lossa fosfatgrupper från ATP och lägga dem till nukleotider efter behov.

För processer som involverar proteiner, aminosyror eller kemikalier som används för muskelkontraktion, ATP kan fästa en fosfatgrupp till en organisk molekyl. Fosfatgruppen kan ta bort delar eller hjälpa till med tillägg till molekylen och sedan släppa den efter byte. I muskelceller, utförs denna typ av åtgärd för varje sammandragning av muskelcellen.

Vid aktiv transport kan ATP korsa cellmembran och ta med andra ämnen. Det kan också fästa fosfatgrupper till molekyler till ändra form och låta dem passera genom cellmembran. Utan ATP skulle dessa processer sluta och celler skulle inte längre kunna fungera.