ATP (adenozino trifosfatas) struktūra, funkcijos, hidrolizė



The ATP (adenozino trifosfatas) yra organinė molekulė, turinti aukštus energijos ryšius, sudarytus iš adenino žiedo, ribozės ir trijų fosfatų grupių. Jis vaidina esminį vaidmenį medžiagų apykaitoje, nes transportuoja reikiamą energiją, kad būtų išlaikytas efektyvus ląstelių procesų serija.

Tai plačiai žinoma terminu „energijos valiuta“, nes jos sukūrimas ir naudojimas yra lengvai pasiekiamas, leidžiantis greitai „sumokėti“ chemines reakcijas, kurioms reikia energijos..

Nors molekulė plika akimi yra maža ir paprasta, jos ryšiuose taupo nemažai energijos. Fosfatų grupės turi neigiamus krūvius, kurie yra nuolatiniai atbaidymai, todėl ji yra labili ir lengvai sulūžusi.

ATP hidrolizė yra molekulės skilimas vandeniu. Per šį procesą išsiskiria ribota energija.

Yra du pagrindiniai ATP šaltiniai: fosforilinimas substrato lygiu ir oksidacinis fosforilinimas, pastaroji yra svarbiausia ir labiausiai naudojama ląstelėje.

Oksidacinis fosforilinimas susieja FADH oksidaciją2 ir NADH + H+ mitochondrijose ir fosforilinimo substrato lygmenyje atsiranda ne elektronų transportavimo grandinė, tokiais būdais kaip glikolizė ir trikarboksirūgšties ciklas.

Ši molekulė yra atsakinga už energijos tiekimą, reikalingą daugumai procesų, kurie vyksta ląstelės viduje, nuo baltymų sintezės iki judėjimo. Be to, jis leidžia judėti molekulėmis per membranas ir veikia ląstelių signalizaciją.

Indeksas

  • 1 Struktūra
  • 2 Funkcijos
    • 2.1 Energijos tiekimas natrio ir kalio transportavimui per membraną
    • 2.2 Dalyvavimas baltymų sintezėje
    • 2.3 Energijos tiekimas judėjimui
  • 3 Hidrolizė
    • 3.1 Kodėl toks energijos išsiskyrimas vyksta?
  • 4 ATP gavimas
    • 4.1 Oksidacinis fosforilinimas
    • 4.2 Fosforilinimas substrato lygiu
  • 5 ATP ciklas
  • 6 Kitos energijos molekulės
  • 7 Nuorodos

Struktūra

ATP, kaip rodo jo pavadinimas, yra trijų fosfatų nukleotidas. Jo ypatinga struktūra, būtent dvi pirofosfato jungtys, tampa energiją turinčiu junginiu. Ją sudaro šie elementai:

- Azotas, adeninas. Azoto bazės yra cikliniai junginiai, kurių sudėtyje yra vienas arba daugiau azoto. Mes taip pat randame juos kaip komponentus nukleorūgštyse, DNR ir RNR.

- Ribozė yra molekulės centre. Tai pentozės cukrus, nes jis turi penkis anglies atomus. Jo cheminė formulė yra C5H10O5. Ribozės anglis 1 yra prijungta prie adenino žiedo.

- Trys fosfato radikalai. Paskutinės dvi yra „didelės energijos ryšiai“ ir yra pateikiamos grafinėse struktūrose su virgulilla simboliu: ~. Fosfatų grupė yra viena svarbiausių biologinių sistemų. Trys grupės vadinamos alfa, beta ir gama, nuo artimiausio iki toliausiai.

Ši sąsaja yra labai geri, todėl ji greitai, lengvai ir spontaniškai padalijama, kai to reikalauja fiziologinės organizmo sąlygos. Taip atsitinka todėl, kad trijų fosfatų grupių neigiami krūviai bando nuolat judėti vienas nuo kito.

Funkcijos

ATP vaidina būtiną vaidmenį beveik visų gyvų organizmų energijos apykaitoje. Dėl šios priežasties jis dažnai vadinamas energijos valiuta, nes jis gali būti išleidžiamas ir nuolat papildomas vos per kelias minutes..

Tiesioginis ar netiesioginis ATP suteikia energijos šimtams procesų, be to, veikia kaip fosfato donoras.

Apskritai, ATP veikia kaip signalinė molekulė ląstelių viduje vykstančiuose procesuose, būtina sintezuoti DNR ir RNR komponentus ir kitų biomolekulių sintezei, ji dalyvauja eismoje per tarp kitų membranų.

ATP naudojimas gali būti suskirstytas į pagrindines kategorijas: molekulių transportavimas per biologines membranas, įvairių junginių sintezė ir galiausiai mechaninis darbas.

ATP funkcijos yra labai plačios. Be to, ji dalyvauja tiek daug reakcijų, kad juos būtų neįmanoma pavadinti. Todėl mes aptarsime tris konkrečius pavyzdžius, kurie parodys kiekvieną iš trijų minėtų naudojimo būdų.

Energijos tiekimas natrio ir kalio transportavimui per membraną

Ląstelė yra labai dinamiška aplinka, kuriai reikia išlaikyti specifines koncentracijas. Dauguma molekulių nepatenka į ląstelę atsitiktinai arba atsitiktinai. Kad molekulė ar medžiaga patektų į ją, tai turi padaryti konkretus vežėjas.

Vežėjai yra baltymai, kurie kerta membraną ir veikia kaip ląstelių „vartai“, kontroliuojanti medžiagų srautą. Todėl membrana yra pusiau skysta: ji leidžia įvesti tam tikrus junginius, o kiti - ne.

Vienas iš geriausiai žinomų transporto priemonių yra natrio-kalio siurblys. Šis mechanizmas yra klasifikuojamas kaip aktyvus transportas, nes jonų judėjimas vyksta prieš jų koncentraciją ir vienintelis būdas šiam judėjimui įvykdyti yra įvesti energiją į sistemą, ATP forma..

Apskaičiuota, kad vienas trečdalis kameroje susidariusio ATP naudojamas siurblio aktyvumui palaikyti. Natrio jonai nuolat pumpuojami į ląstelių išorę, o kalio jonai tai daro atvirkščiai.

Logiškai, ATP naudojimas neapsiriboja natrio ir kalio transportavimu. Yra ir kitų jonų, pvz., Kalcio, magnio, kuriems reikia šios energijos valiutos.

Dalyvavimas baltymų sintezėje

Baltymų molekulės susidaro aminorūgščių, sujungtų peptidinėmis jungtimis. Norint juos suformuoti, reikia nutraukti keturias aukštos energijos obligacijas. Kitaip tariant, norint sukurti vidutinio ilgio baltymą, reikia hidrolizuoti nemažai ATP molekulių.

Baltymų sintezė vyksta struktūrose, vadinamose ribosomomis. Jie sugeba interpretuoti pasiuntinio RNR turimą kodą ir jį paversti aminorūgščių seka, nuo ATP priklausomu procesu.

Aktyviausiose ląstelėse baltymų sintezė gali nukreipti iki 75% šio svarbaus darbo sintezuoto ATP.

Kita vertus, ląstelė ne tik sintezuoja baltymus, bet ir turi lipidų, cholesterolio ir kitų būtinų medžiagų, todėl reikia energijos, esančios ATP obligacijose..

Pateikite energiją judėjimui

Mechaninis darbas yra viena svarbiausių ATP funkcijų. Pavyzdžiui, norint, kad mūsų kūnas galėtų vykdyti raumenų skaidulų susitraukimą, reikalingas didelis energijos kiekis.

Dėl raumenų cheminė energija gali būti transformuota į mechaninę energiją, nes reorganizuoja susitraukimo gebėjimą turintys baltymai. Šių konstrukcijų ilgis yra modifikuotas, sutrumpintas, o tai sukelia įtampą, dėl kurios atsiranda judėjimas.

Kitų organizmų ląstelių judėjimas taip pat vyksta dėl ATP buvimo. Pavyzdžiui, žiedų ir vėliavų judėjimas, leidžiantis išstumti tam tikras vienaląsčius organizmus, atsiranda naudojant ATP.

Kitas ypatingas judėjimas yra amoebas, kuris apima pseudopodo išsikišimą ląstelių galuose. Keli ląstelių tipai naudoja šį judėjimo mechanizmą, įskaitant leukocitus ir fibroblastus.

Gemalų ląstelių atveju judėjimas yra būtinas norint veiksmingai vystytis embrionui. Embrioninės ląstelės perkelia svarbius atstumus nuo kilmės vietos iki regiono, kuriame jie turi kilti iš konkrečių struktūrų.

Hidrolizė

ATP hidrolizė yra reakcija, kuri apima molekulės skaidymą vandeniu. Reakcija pateikiama taip:

ATP + vanduo ⇋ ADP + Pi + energijos Kur, terminas Pi jis reiškia neorganinio fosfato grupę ir ADP yra adenozino difosfatas. Atkreipkite dėmesį, kad reakcija yra grįžtama.

ATP hidrolizė yra reiškinys, susijęs su milžiniško energijos kiekio išlaisvinimu. Bet kurio iš pirofosfato jungčių plyšimas lemia 7 kcal atpalaidavimą vienam ADM ir 7,3 ATP į AP ir 8,2 adenozino monofosfato (AMP) gamybai iš ATP. Tai atitinka 12 000 kalorijų vienam ATP moliui.

Kodėl toks energijos išsiskyrimas vyksta??

Kadangi hidrolizės produktai yra daug stabilesni nei pradinis junginys, ty ATP.

Būtina paminėti, kad tik hidrolizė, kuri atsiranda dėl pirofosfato jungčių, dėl kurių susidaro ADP arba AMP, sukelia didelį kiekį energijos..

Kitų junginių hidrolizė molekulėje nesuteikia tiek daug energijos, išskyrus neorganinės pirofosfato hidrolizę, kuri turi daug energijos.

Energijos išleidimas iš šių reakcijų naudojamas medžiagų apykaitos reakcijoms ląstelės viduje, nes daugelis šių procesų reikalauja energijos, kad veiktų tiek pradiniuose skaidymo takų etapuose, tiek junginių biosintezėje..

Pavyzdžiui, gliukozės metabolizme pradiniai žingsniai apima molekulės fosforilinimą. Tolesniais etapais sukuriamas naujas ATP, siekiant gauti teigiamą grynąjį pelną.

Energetikos požiūriu yra ir kitų molekulių, kurių energijos išsiskyrimas yra didesnis nei ATP, įskaitant 1,3-bifosfogliceratą, karbamilfosfatą, kreatinino fosfatą ir fosfenolpiruvatą..

ATP gavimas

ATP gali būti gaunamas dviem būdais: oksidacinis fosforilinimas ir fosforilinimas substrato lygiu. Pirmajam reikia deguonies, o antrasis to nereikia. Maždaug 95% susidariusio ATP atsiranda mitochondrijose.

Oksidacinis fosforilinimas

Oksidacinis fosforilinimas apima maistinių medžiagų oksidacijos procesą dviem etapais: sumažintų koenzimų NADH ir FADH \ t2 vitaminų dariniai.

Šių molekulių mažinimui reikia naudoti maistines medžiagas. Riebalų atveju, koenzimų gamyba yra nepaprastai didelė, nes jų sudėtyje yra daug vandenilio, palyginti su peptidais ar angliavandeniais..

Nors yra keletas būdų, kaip gaminti koenzimus, svarbiausias kelias yra Krebso ciklas. Vėliau sumažėję koenzimai koncentruojami kvėpavimo grandinėse, esančiose mitochondrijose, kurios perneša elektronus į deguonį..

Elektronų transportavimo grandinę sudaro baltymų, susietų su membrana, serija, kuri pumpuoja protonus (H +) į išorę (žr. Vaizdą). Šie protonai vėl patenka per membraną per kitą baltymą, ATP sintezę, atsakingą už ATP sintezę.

Kitaip tariant, turime sumažinti koenzimų kiekį, daugiau ADP ir deguonies generuoti vandenį ir ATP.

Fosforilinimas substrato lygiu

Fosforilinimas substrato lygiu nėra toks svarbus kaip pirmiau aprašytas mechanizmas, ir kadangi jis nereikalauja deguonies molekulių, jis paprastai yra susijęs su fermentacija. Tokiu būdu, nors ir labai greitai, mažai energijos išskiria, jei lygintume jį su oksidacijos procesu, tai būtų apie penkiolika kartų mažiau.

Mūsų organizme fermentaciniai procesai vyksta raumenų lygyje. Šis audinys gali veikti be deguonies, todėl yra įmanoma, kad gliukozės molekulė yra skaidoma į pieno rūgštį (kai darome tam tikrą išsamią sportinę veiklą)..

Fermentacijos metu galutinis produktas vis dar gali būti išgaunamas. Fermentacijos metu raumenyse pieno rūgšties angliavandeniai yra tokie patys, kaip ir pradinėje molekulėje: gliukozėje..

Taigi energijos susidarymas vyksta formuojant molekules, turinčias didelių energetinių ryšių, įskaitant 1,3-bifosogliratą ir fosfinolpiruvatą..

Pavyzdžiui, glikolizės atveju šių junginių hidrolizė yra susijusi su ATP molekulių gamyba, todėl terminas „substrato lygiu“.

ATP ciklas

ATP niekada nėra saugomas. Jis yra nepertraukiamo ciklo naudojimo ir sintezės. Tokiu būdu sukuriama pusiausvyra tarp susidariusio ATP ir jo hidrolizuoto produkto, ADP.

Kitos energijos molekulės

ATP nėra vienintelė molekulė, susidedanti iš nukleozidų bifosfato, kuris yra ląstelių apykaitoje. Yra daug molekulių, kurių struktūros yra panašios į ATP ir kurios turi panašų elgesį su energija, nors jos nėra tokios populiarios kaip ATP.

Geriausias pavyzdys yra GTP, guanozino trifosfatas, kuris yra naudojamas žinomame Krebso cikle ir gliukogenogeniniame kelyje. Kiti mažiau naudojami CTP, TTP ir UTP.

Nuorodos

  1. Guyton, A.C. & Hall, J. E. (2000). Žmogaus fiziologijos vadovėlis.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E salės gydytojo fiziologijos traktatas. Elsevier Brazilija.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Mitybos sutartis: maisto sudėtis ir mitybos kokybė. Red. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Metabolizmo ir mitybos pagrindai. Elsevier.
  5. Pratas, C. W., ir Kathleen, C. (2012). Biochemija. Redakcinis Šiuolaikinis vadovas.
  6. Voet, D., Voet, J. G. ir Pratt, C. W. (2007). Biochemijos pagrindai. Medicinos redakcija Panamericana.