ATP (ADENOSIN TRIFOSFAT): STRUKTURA, FUNKCIJE, HIDROLIZA - BIOLOGIJA - 2026

ATP (adenozin trifosfat), je organska molekula s visokim energetskim veze formirane prstenom adenina, riboze i tri fosfatnih grupa. Ima temeljnu ulogu u metabolizmu, jer prenosi energiju potrebnu za održavanje efikasnog niza staničnih procesa.

Široko je poznat pojmom "energetska valuta", budući da se njegovo formiranje i uporaba odvija lako, što mu omogućava da brzo "plati" za kemijske reakcije za koje je potrebna energija.

Izvor: Korisnik: Mysid (Self-made in bkchem; edited by perl.), Via Wikimedia Commons

Iako je molekula golim okom mala i jednostavna, ona pohranjuje značajnu količinu energije u svojim vezama. Fosfatne skupine imaju negativne naboje, koji se neprestano odbijaju, što ga čini labilnom vezom koja se lako razbija.

Hidroliza ATP-a je raspad molekula prisustvom vode. Tim postupkom se oslobađa sadržana energija.

Postoje dva glavna izvora ATP-a: fosforilacija na razini supstrata i oksidativna fosforilacija, a posljednji je najvažniji i stanica ga najviše koristi.

Oksidativna fosforilacija spaja oksidaciju FADH ₂ i NADH + H ⁺ u mitohondrijama, a fosforilacija na razini supstrata događa se izvan lanca transporta elektrona, na načinima kao što su glikoliza i ciklus trikarboksilne kiseline.

Ova molekula je odgovorna za pružanje energije potrebne za većinu procesa koji se odvijaju unutar stanice, od sinteze proteina do lokomocije. Osim toga, omogućava promet molekula kroz membrane i djeluje na staničnu signalizaciju.

Struktura

ATP, kao što mu ime govori, je nukleotid s tri fosfata. Njegova posebna struktura, posebno dvije pirofosfatne veze, čine ga energijski bogatim spojem. Sastoji se od sljedećih elemenata:

- Dušična baza, adenin. Baza dušika su ciklički spojevi koji u svojoj strukturi sadrže jedan ili više dušika. Pronalazimo ih i kao komponente u nukleinskim kiselinama, DNK i RNA.

- Riboza se nalazi u središtu molekule. To je šećer tipa pentoza, jer ima pet ugljikovih atoma. Njegova kemijska formula je C ₅ H ₁₀ O ₅. Ugljik 1 riboze spojen je na adeninski prsten.

- Tri fosfatna radikala. Posljednja dva su "visokoenergetske veze" i prikazana su u grafičkim strukturama simbolom nagiba: ~. Fosfatna skupina jedna je od najvažnijih u biološkim sustavima. Tri skupine se nazivaju alfa, beta i gama, od najbližih do najudaljenijih.

Ta je veza vrlo labilna, pa se dijeli brzo, lako i spontano kad to fiziološki uvjeti tijela nalažu. To se događa jer se negativni naboji triju fosfatnih skupina neprestano pokušavaju udaljiti jedni od drugih.

Značajke

ATP igra nezamjenjivu ulogu u energetskom metabolizmu gotovo svih živih organizama. Iz tog razloga se često naziva energetskom valutom, jer se može kontinuirano trošiti i nadopunjavati u samo nekoliko minuta.

Izravno ili neizravno, ATP pruža energiju za stotine procesa, osim što djeluje kao davatelj fosfata.

Općenito, ATP djeluje kao signalna molekula u procesima koji se događaju unutar stanice, potrebno je sintetizirati komponente DNA i RNA, a za sintezu ostalih biomolekula sudjeluje u trgovini kroz membrana, među ostalim.

Uporaba ATP-a može se podijeliti u glavne kategorije: transport molekula kroz biološke membrane, sinteza različitih spojeva i na kraju, mehanički rad.

Funkcije ATP-a vrlo su široke. Nadalje, uključeno je u toliko mnogo reakcija da ih je sve nemoguće imenovati. Stoga ćemo raspraviti tri konkretna primjera za primjer svake od navedene tri uporabe.

Dovod energije za transport natrija i kalija kroz membranu

Stanica je vrlo dinamično okruženje koje zahtijeva održavanje specifičnih koncentracija. Većina molekula ne uđe u stanicu nasumično ili slučajno. Da bi molekula ili tvar ušla, mora to učiniti svojim specifičnim prijenosnikom.

Transporteri su proteini koji se protežu u membrani i koji funkcioniraju kao "vratari" stanica, kontrolirajući protok materijala. Stoga je membrana polupropusna: omogućava određenim spojevima da uđu, a drugima ne.

Jedan od najpoznatijih prijevoza je natrijevo-kalijeva pumpa. Ovaj se mehanizam klasificira kao aktivni transport, budući da se kretanje iona događa nasuprot njihovim koncentracijama i jedini način da se taj pokret izvede je unošenjem energije u sustav, u obliku ATP-a.

Procjenjuje se da se trećina ATP-a formiranog u ćeliji koristi za održavanje pumpe aktivnom. Natrijevi ioni neprestano se ispumpavaju iz stanice, dok se kalijevi ioni pumpaju u obrnutom smjeru.

Logično je da upotreba ATP-a nije ograničena na transport natrija i kalija. Postoje i drugi ioni, poput kalcija, magnezija, između ostalih koji trebaju ovu energetsku valutu za ulazak.

Sudjelovanje u sintezi proteina

Molekule proteina sastoje se od aminokiselina, povezanih peptidnim vezama. Da bi se formirao, potrebno je probiti četiri visokoenergetske veze. Drugim riječima, znatan broj ATP molekula mora se hidrolizirati da bi se stvorio protein prosječne dužine.

Sinteza proteina odvija se u strukturama koje nazivamo ribosomi. Oni su sposobni protumačiti kôd koji ima glasnik RNA i prevesti ga u niz aminokiselina, proces ovisan o ATP-u.

U najaktivnijim stanicama sinteza proteina može usmjeriti do 75% ATP-a sintetiziranog u ovom važnom djelu.

S druge strane, stanica ne samo da sintetizira bjelančevine, već joj trebaju i lipidi, kolesterol i druge bitne tvari, a za to joj je potrebna energija sadržana u ATP vezama.

Osigurajte energiju za kretanje

Mehanički rad jedna je od najvažnijih funkcija ATP-a. Na primjer, da bi naše tijelo moglo izvršiti kontrakciju mišićnih vlakana, neophodna je dostupnost velikih količina energije.

U mišićima se kemijska energija može transformirati u mehaničku energiju zahvaljujući reorganizaciji proteina s mogućnošću kontrakcije koja ih tvori. Duljina tih struktura je modificirana, skraćena, što stvara napetost koja se pretvara u stvaranje pokreta.

U ostalim organizmima, kretanje stanica također se događa zahvaljujući prisutnosti ATP-a. Na primjer, kretanje cilija i flagela koje omogućuju premještanje određenih jednoćelijskih organizama događa se korištenjem ATP-a.

Drugi poseban pokret je onaj ameba koji uključuje izbočenje pseudopoda na stanicama. Nekoliko tipova stanica koristi ovaj mehanizam za kretanje, uključujući leukocite i fibroblaste.

U slučaju zametnih stanica, lokomocija je ključna za učinkovit razvoj embrija. Embrionalne stanice putuju važne udaljenosti od svog mjesta podrijetla do regije odakle moraju poticati određene strukture.

Hidroliza

Hidroliza ATP-a je reakcija koja uključuje raspad molekule prisustvom vode. Reakcija je prikazana na sljedeći način:

ATP + voda ⇋ ADP + P _i + energija. Gdje se pojam P _i odnosi na anorgansku fosfatnu skupinu, a ADP je adenozin-difosfat. Imajte na umu da je reakcija reverzibilna.

Hidroliza ATP-a je pojava koja uključuje oslobađanje ogromne količine energije. Raskid bilo koje od pirofosfatnih veza rezultira oslobađanjem 7 kcal po molu - točnije 7,3 iz ATP u ADP i 8,2 za proizvodnju adenozin monofosfata (AMP) iz ATP. To iznosi 12.000 kalorija po molu ATP-a.

Zašto dolazi do ovog oslobađanja energije?

Budući da su produkti hidrolize mnogo stabilniji od početnog spoja, to jest ATP-a.

Treba napomenuti da samo hidroliza koja se događa na pirofosfatnim vezama potiče stvaranje ADP ili AMP dovodi do stvaranja energije u značajnim količinama.

Hidroliza ostalih veza u molekuli ne daje toliko energije, s izuzetkom hidrolize anorganskog pirofosfata, koji ima veliku količinu energije.

Oslobađanje energije iz ovih reakcija koristi se za provođenje metaboličkih reakcija unutar stanice, jer je mnogim tim procesima potrebna energija da bi funkcionirala, kako u početnim koracima razgradnje, tako i u biosintezi spojeva., Na primjer, u metabolizmu glukoze početni koraci uključuju fosforilaciju molekule. U sljedećim koracima stvara se novi ATP kako bi se dobila pozitivna neto dobit.

Sa energetskog stajališta, postoje i druge molekule čija je energija oslobađanja veća od energije ATP-a, uključujući 1,3-bisfosfoglicerat, karbamilfosfat, kreatinin-fosfat i fosfoenolpiruvat.

Dobivanje ATP-a

ATP se može dobiti na dva načina: oksidativna fosforilacija i fosforilacija na nivou supstrata. Prvima je potreban kisik, dok drugom nije. Oko 95% formiranog ATP-a događa se u mitohondrijama.

Oksidativne fosforilacije

Oksidativna fosforilacija uključuje dvofazni proces oksidacije hranjivih tvari: dobivanje reduciranih koenzima NADH i FADH ₂ izvedenih iz vitamina.

Redukcija ovih molekula zahtijeva korištenje vodika iz hranjivih tvari. U masti je proizvodnja koenzima iznimna, zahvaljujući ogromnoj količini vodika koji imaju u svojoj strukturi, u usporedbi s peptidima ili ugljikohidratima.

Iako postoji nekoliko putova proizvodnje koenzima, najvažniji put je Krebsov ciklus. Nakon toga, reducirani koenzimi koncentriraju se u respiratornim lancima smještenim u mitohondrijima, koji elektrone prenose kisikom.

Lanac transporta elektrona sastoji se od niza proteina vezanih membranom koji protone (H +) pumpaju izvana (vidi sliku). Ti protoni ponovno ulaze i prelaze u membranu pomoću drugog proteina, ATP sintaze, odgovorne za sintezu ATP-a.

Drugim riječima, moramo smanjiti koencime, više ADP-a i kisika stvaraju vodu i ATP.

Izvor: Autor Bustamante Yess, iz Wikimedia Commons

Fosforilacija na razini supstrata

Fosforilacija na razini supstrata nije toliko bitna kao gore opisani mehanizam i, jer ne zahtijevaju molekule kisika, često je povezana s fermentacijom. Iako je vrlo brz, on izvlači malo energije, uspoređujemo li ga s postupkom oksidacije, bilo bi oko petnaest puta manje.

U našem se tijelu fermentacijski procesi odvijaju na razini mišića. Ovo tkivo može funkcionirati bez kisika, pa je moguće da se molekula glukoze razgradi do mliječne kiseline (na primjer, kada bavimo nekim iscrpnim sportskim aktivnostima).

U fermentaciji, konačni proizvod i dalje ima energetski potencijal koji se može izdvojiti. U slučaju fermentacije u mišićima, ugljikovi u mliječnoj kiselini su na istoj razini redukcije kao i u početnoj molekuli: glukoza.

Dakle, proizvodnja energije nastaje formiranjem molekula koje imaju visokoenergetske veze, uključujući 1,3-bisfosfoglirat i fosfoenolpiruvat.

Na primjer, u glikolizi, hidroliza ovih spojeva povezana je s proizvodnjom ATP molekula, otuda i termin „na razini supstrata“.

ATP ciklus

ATP se nikada ne pohranjuje. U kontinuiranom je ciklusu upotrebe i sinteze. Ovo stvara ravnotežu između ATP-a i njegovog hidroliziranog proizvoda, ADP.

Izvor: Autor Muessig, iz Wikimedia Commons

Ostale molekule energije

ATP nije jedina molekula sastavljena od nukleozid bisfosfata koja postoji u staničnom metabolizmu. Postoji nekoliko molekula sa strukturama sličnim ATP-u koji imaju energetski usporedivo ponašanje, iako nisu tako popularni kao ATP.

Najistaknutiji primjer je GTP, gvanozin trifosfat, koji se koristi u dobro poznatom Krebsovom ciklusu i u glukoneogenoj stazi. Ostali manje korišteni su CTP, TTP i UTP.

Reference

1. Guyton, AC, & Hall, JE (2000). Udžbenik ljudske fiziologije.
2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall Traktat o medicinskoj fiziologiji. Elsevier Brazil.
3. Hernandez, AGD (2010). Traktat o prehrani: Sastav i prehrambena kvaliteta hrane. Panamerican Medical Ed.
4. Lim, MY (2010). Osnove metabolizma i ishrane. Elsevier.
5. Pratt, CW i Kathleen, C. (2012). Biokemija. Redakcija El Manual Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Osnove biokemije. Uredništvo Médica Panaméricana.