Adenosine Triphosphate (ATP): ความหมาย โครงสร้าง & หน้าที่

ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่พบได้ทั่วเซลล์ของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตจะต้องสามารถเคลื่อนย้าย ขยายพันธุ์ และค้นหาสารอาหารได้

กิจกรรมเหล่านี้ใช้พลังงานและขึ้นอยู่กับ ปฏิกริยาเคมี ภายในเซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิต พลังงานสำหรับปฏิกิริยาของเซลล์เหล่านี้มาจาก โมเลกุลเอทีพี.

เป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่ต้องการสำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ และมักเรียกกันว่า "หน่วยสกุลเงินโมเลกุล"

โมเลกุล ATP มีสามส่วน:

1.  อะดีโนซีน โมดูลเป็นฐานไนโตรเจนที่ประกอบด้วยอะตอมไนโตรเจนสี่อะตอมและกลุ่ม NH2 บนแกนหลักของคาร์บอน
2.  ไรโบส กลุ่มคือน้ำตาลคาร์บอน 5 ตัวที่อยู่ตรงกลางของโมเลกุล
3.  ฟอสเฟต กลุ่มต่างๆ เรียงกันเป็นแถวและเชื่อมโยงกันด้วยอะตอมของออกซิเจนที่ด้านไกลของโมเลกุล ห่างจากกลุ่มอะดีโนซีน

พลังงานถูกเก็บไว้ในการเชื่อมโยงระหว่างกลุ่มฟอสเฟต เอนไซม์ สามารถแยกกลุ่มฟอสเฟตหนึ่งหรือสองกลุ่มเพื่อปลดปล่อยพลังงานที่เก็บไว้และกิจกรรมเติมเชื้อเพลิง เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อ เมื่อ ATP สูญเสียหมู่ฟอสเฟตไปหนึ่งหมู่ มันจะกลายเป็น ADP หรืออะดีโนซีนไดฟอสเฟต เมื่อ ATP สูญเสียหมู่ฟอสเฟตไป 2 กลุ่ม ก็จะเปลี่ยนเป็น แอมป์ หรืออะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต

กระบวนการหายใจในระดับเซลล์มีสามขั้นตอน

ในสองเฟสแรก โมเลกุลของกลูโคสจะแตกตัวและผลิต CO2 มีการสังเคราะห์โมเลกุล ATP จำนวนเล็กน้อย ณ จุดนี้ ATP ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในช่วงที่สามของการหายใจผ่านโปรตีนคอมเพล็กซ์ที่เรียกว่า เอทีพีสังเคราะห์.

ปฏิกิริยาสุดท้ายในระยะนั้นรวมออกซิเจนครึ่งโมเลกุลกับไฮโดรเจนเพื่อผลิตน้ำ ปฏิกิริยาโดยละเอียดของแต่ละขั้นตอนมีดังนี้:

โมเลกุลกลูโคส 6 คาร์บอนได้รับฟอสเฟต 2 กลุ่มจาก 2 โมเลกุล ATP เปลี่ยนเป็น ADP กลูโคสฟอสเฟต 6 คาร์บอนถูกแบ่งออกเป็นโมเลกุลน้ำตาล 3 คาร์บอน 2 โมเลกุล โดยแต่ละโมเลกุลมีกลุ่มฟอสเฟตติดอยู่

ภายใต้การกระทำของโคเอ็นไซม์ NAD+ โมเลกุลของน้ำตาลฟอสเฟตจะกลายเป็นโมเลกุลไพรูเวตสามคาร์บอน โมเลกุล NAD+ จะกลายเป็น NADH, และโมเลกุล ATP ถูกสังเคราะห์จาก ADP

เครบส์ ไซเคิล เรียกอีกอย่างว่า วงจรกรดซิตริก และทำให้การสลายตัวของโมเลกุลกลูโคสเสร็จสมบูรณ์ในขณะที่สร้างโมเลกุล ATP มากขึ้น สำหรับแต่ละหมู่ไพรูเวต NAD+ หนึ่งโมเลกุลจะถูกออกซิไดซ์เป็น NADH และ โคเอ็นไซม์ A ส่งกลุ่มอะซิติลไปยังวงจร Krebs ในขณะที่ปล่อยโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา

สำหรับแต่ละรอบของวัฏจักรผ่านกรดซิตริกและอนุพันธ์ของมัน วัฏจักรจะสร้างโมเลกุล NADH สี่โมเลกุลสำหรับอินพุตไพรูเวตแต่ละตัว ในเวลาเดียวกัน โมเลกุล FAD รับไฮโดรเจนสองตัวและอิเล็กตรอนสองตัวเพื่อกลายเป็น to FADH2, และปล่อยโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์อีกสองโมเลกุล

ในที่สุด โมเลกุล ATP ตัวเดียวก็ถูกผลิตขึ้นต่อหนึ่งรอบของวัฏจักร

เนื่องจากโมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุลสร้างกลุ่มอินพุตไพรูเวตสองกลุ่ม จึงจำเป็นต้องมีวัฏจักรเครบส์สองรอบเพื่อเผาผลาญโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล การหมุนสองครั้งนี้ทำให้เกิดโมเลกุล NADH แปดตัว โมเลกุล FADH2 สองโมเลกุล และโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์หกตัว

ขั้นตอนสุดท้ายของการหายใจของเซลล์คือ ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน หรือ ฯลฯ ระยะนี้ใช้ออกซิเจนและเอ็นไซม์ที่ผลิตโดยวงจร Krebs เพื่อสังเคราะห์โมเลกุล ATP จำนวนมากในกระบวนการที่เรียกว่า ออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น. NADH และ FADH2 บริจาคอิเล็กตรอนให้กับสายโซ่ในขั้นต้น และปฏิกิริยาชุดหนึ่งจะสร้างพลังงานศักย์เพื่อสร้างโมเลกุล ATP

อย่างแรก โมเลกุล NADH จะกลายเป็น NAD+ เมื่อพวกมันบริจาคอิเล็กตรอนให้กับโปรตีนคอมเพล็กซ์ตัวแรกของสายโซ่ โมเลกุล FADH2 บริจาคอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนให้กับโปรตีนคอมเพล็กซ์ที่สองของสายโซ่และกลายเป็น FAD โมเลกุล NAD+ และ FAD จะกลับสู่วงจร Krebs เป็นอินพุต

ในขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่ในชุดของรีดักชันและออกซิเดชันหรือ รีดอกซ์ ปฏิกิริยา พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาใช้เพื่อปั๊มโปรตีนผ่านเมมเบรน ไม่ว่าจะเป็นเยื่อหุ้มเซลล์สำหรับ โปรคาริโอต หรือในไมโตคอนเดรียสำหรับ ยูคาริโอต.

เมื่อโปรตอนกระจายกลับผ่านเมมเบรนผ่านโปรตีนเชิงซ้อนที่เรียกว่า ATP synthase พลังงานโปรตอนจะถูกใช้เพื่อยึดกลุ่มฟอสเฟตเพิ่มเติมเข้ากับ ADP เพื่อสร้างโมเลกุล ATP

ATP ถูกผลิตขึ้นในแต่ละขั้นตอนของ การหายใจระดับเซลล์แต่สองขั้นตอนแรกมุ่งเน้นไปที่การสังเคราะห์สารเพื่อใช้ในขั้นตอนที่สามซึ่งมีการผลิตเอทีพีเป็นจำนวนมาก

ขั้นแรก ไกลโคไลซิสใช้ ATP สองโมเลกุลเพื่อแยกโมเลกุลกลูโคส แต่แล้วสร้างโมเลกุล ATP สี่ตัวสำหรับ กำไรสุทธิของสอง. วงจร Krebs ที่ผลิตขึ้น โมเลกุล ATP อีกสองโมเลกุล สำหรับแต่ละโมเลกุลกลูโคสที่ใช้ สุดท้าย ETC ใช้ผู้บริจาคอิเล็กตรอนจากขั้นตอนก่อนหน้าในการผลิต 34 โมเลกุลของ ATP.

ปฏิกิริยาเคมีของการหายใจระดับเซลล์จึงทำให้เกิด 38 ATP โมเลกุล สำหรับแต่ละโมเลกุลกลูโคสที่เข้าสู่ไกลโคไลซิส

ในสิ่งมีชีวิตบางชนิด ATP สองโมเลกุลถูกใช้เพื่อถ่ายโอน NADH จากปฏิกิริยาไกลโคไลซิสในเซลล์ไปยังไมโตคอนเดรีย การผลิตเอทีพีทั้งหมดสำหรับเซลล์เหล่านี้คือ 36 โมเลกุลเอทีพี

โดยทั่วไป เซลล์ต้องการ ATP สำหรับพลังงาน แต่มีหลายวิธีที่จะใช้พลังงานศักย์จากพันธะฟอสเฟตของโมเลกุล ATP คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของ ATP คือ:

• สามารถสร้างได้ในเซลล์หนึ่งและใช้ในอีกเซลล์หนึ่ง
• สามารถช่วยสลายและสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนได้
• สามารถเพิ่มโมเลกุลอินทรีย์เพื่อเปลี่ยนรูปร่างได้ คุณลักษณะทั้งหมดเหล่านี้ส่งผลต่อวิธีที่เซลล์สามารถใช้สารต่างๆ ได้

พันธะหมู่ฟอสเฟตที่สามคือ กระฉับกระเฉงที่สุดแต่ขึ้นอยู่กับกระบวนการ เอนไซม์อาจทำลายพันธะฟอสเฟตหนึ่งหรือสองพันธะ ซึ่งหมายความว่ากลุ่มฟอสเฟตจะยึดติดกับโมเลกุลของเอนไซม์ชั่วคราวและเกิด ADP หรือ AMP ต่อมาโมเลกุล ADP และ AMP จะเปลี่ยนกลับเป็น ATP ระหว่างการหายใจระดับเซลล์

โมเลกุลของเอนไซม์ ถ่ายโอนหมู่ฟอสเฟตไปยังโมเลกุลอินทรีย์อื่น

เอทีพีพบได้ทั่วเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต และสามารถข้ามเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อส่งพลังงานในที่ที่สิ่งมีชีวิตต้องการ ตัวอย่างการใช้ ATP สามตัวอย่างคือ are สังเคราะห์ ของโมเลกุลอินทรีย์ที่มีหมู่ฟอสเฟต ปฏิกิริยา อำนวยความสะดวกโดย ATP และ การขนส่งที่ใช้งาน ของโมเลกุลข้ามเยื่อหุ้ม ในแต่ละกรณี ATP จะปล่อยกลุ่มฟอสเฟตหนึ่งหรือสองกลุ่มเพื่อให้กระบวนการเกิดขึ้น

ตัวอย่างเช่น, ดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ โมเลกุลประกอบด้วย นิวคลีโอไทด์ ที่อาจมีหมู่ฟอสเฟต เอ็นไซม์สามารถแยกหมู่ฟอสเฟตออกจาก ATP และเพิ่มไปยังนิวคลีโอไทด์ได้ตามต้องการ

สำหรับกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับโปรตีน กรดอะมิโน หรือสารเคมีที่ใช้ในการหดตัวของกล้ามเนื้อ ATP สามารถยึดกลุ่มฟอสเฟตกับโมเลกุลอินทรีย์ได้ หมู่ฟอสเฟตสามารถถอดชิ้นส่วนหรือช่วยเพิ่มโมเลกุลแล้วปล่อยออกหลังจากเปลี่ยน ใน เซลล์กล้ามเนื้อการกระทำประเภทนี้จะดำเนินการสำหรับการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อแต่ละครั้ง

ในการขนส่งแบบแอคทีฟ ATP สามารถข้ามเยื่อหุ้มเซลล์และนำสารอื่นๆ มาด้วยได้ นอกจากนี้ยังสามารถยึดกลุ่มฟอสเฟตกับโมเลกุลเข้ากับ เปลี่ยนรูปร่าง และปล่อยให้ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ หากไม่มี ATP กระบวนการเหล่านี้จะหยุดลง และเซลล์จะไม่สามารถทำงานได้อีกต่อไป