Struktura, funkcije, hidroliza, ATP (adenozin trifosfat)



ATP (adenozin trifosfat) "Alkil" je organska molekula s visoko energetskim vezama sastavljenim od adeninskog prstena, riboze i tri fosfatne skupine. Ima temeljnu ulogu u metabolizmu, jer prenosi potrebnu energiju kako bi održao niz staničnih procesa koji djeluju učinkovito.

To je nadaleko poznato pod pojmom "energetska valuta", budući da se njegova formacija i njezina upotreba odvija lako, što omogućuje da se "brzo" plati kemijske reakcije koje zahtijevaju energiju.

Iako je molekula golim okom mala i jednostavna, u svojim vezama štedi značajnu količinu energije. Fosfatne skupine imaju negativne naboje, koji su u stalnom odbijanju, što ga čini labilnom i lako lomljivom vezom.

Hidroliza ATP je razgradnja molekule prisutnošću vode. Kroz taj proces se oslobađa sadržana energija.

Postoje dva glavna izvora ATP-a: fosforilacija na razini supstrata i oksidativna fosforilacija, koja je najvažnija i najčešće korištena u stanici.

Oksidativna fosforilacija povezuje oksidaciju FADH2 i NADH + H+ u mitohondrijima i fosforilacija na razini supstrata događa se izvan lanca prijenosa elektrona, na putovima kao što su glikoliza i ciklus trikarboksilne kiseline.

Ova molekula je odgovorna za osiguravanje energije potrebne za većinu procesa koji se odvijaju unutar stanice, od sinteze proteina do pokretanja, da se dogodi. Osim toga, dopušta promet molekula kroz membrane i djeluje na staničnu signalizaciju.

indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Funkcije
    • 2.1 Opskrba energijom za transport natrija i kalija kroz membranu
    • 2.2. Sudjelovanje u sintezi proteina
    • 2.3 Snabdijevanje energijom za kretanje
  • 3 Hidroliza
    • 3.1 Zašto dolazi do oslobađanja energije?
  • 4 Dobivanje ATP-a
    • 4.1 Oksidativna fosforilacija
    • 4.2 Fosforilacija na razini supstrata
  • 5 ATP ciklus
  • 6 Ostale energetske molekule
  • 7 Reference

struktura

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

- Dušična baza, adenin. Dušične baze su ciklički spojevi koji sadrže jednu ili više dušika u svojoj strukturi. Također ih nalazimo kao komponente u nukleinskim kiselinama, DNA i RNA.

- Riboza se nalazi u središtu molekule. To je šećer pentoznog tipa, budući da ima pet ugljikovih atoma. Njegova kemijska formula je C5H10O5. Ugljik 1 riboze je vezan za adeninski prsten.

- Tri fosfatna radikala. Posljednje dvije su "visoke energetske veze" i prikazane su u grafičkim strukturama sa simbolom virgulilla: ~. Fosfatna skupina je jedna od najvažnijih u biološkim sustavima. Tri se skupine nazivaju alfa, beta i gama, od najbližeg do najdaljeg.

Ova veza je vrlo labilna, tako da se brzo, lako i spontano dijeli kada to fiziološki uvjeti organizma to opravdavaju. To se događa zato što se negativni naboji triju fosfatnih skupina neprestano pokušavaju odmaknuti jedan od drugoga.

funkcije

ATP igra nezamjenjivu ulogu u energetskom metabolizmu gotovo svih živih organizama. Zbog toga se često naziva energetska valuta, budući da se može potrošiti i napuniti kontinuirano u samo nekoliko minuta..

Izravno ili neizravno, ATP daje energiju za stotine procesa, osim što djeluje kao donor fosfata.

Općenito, ATP djeluje kao signalna molekula u procesima koji se odvijaju unutar stanice, potrebno je sintetizirati komponente DNA i RNA i za sintezu drugih biomolekula, sudjeluje u prometu kroz između ostalog.

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

Funkcije ATP-a su vrlo široke. Osim toga, ona je uključena u toliko reakcija da bi ih bilo nemoguće sve imenovati. Stoga ćemo raspraviti tri specifična primjera za primjere svake od tri spomenute uporabe.

Opskrba energijom za transport natrija i kalija kroz membranu

Stanica je izuzetno dinamično okruženje koje zahtijeva održavanje specifičnih koncentracija. Većina molekula ne ulazi u ćeliju slučajno ili slučajno. Da bi molekula ili tvar ušla, mora to učiniti njezin specifični transporter.

Transporteri su proteini koji prelaze membranu i funkcioniraju kao stanični "čuvari", kontrolirajući protok materijala. Stoga je membrana polupropusna: dopušta ulazak određenim spojevima, a drugi ne.

Jedan od najpoznatijih transportnih sredstava je natrijeva kalijeva pumpa. Taj je mehanizam klasificiran kao aktivni transport, budući da se kretanje iona odvija u odnosu na njihove koncentracije i jedini način za izvršenje tog pokreta je uvođenje energije u sustav, u obliku ATP-a..

Procjenjuje se da se jedna trećina ATP formiranog u ćeliji koristi za održavanje aktivne pumpe. Natrijevi ioni se stalno pumpaju u vanjsku stanicu, dok kalijevi ioni to rade unatrag.

Logično, upotreba ATP-a nije ograničena na transport natrija i kalija. Postoje i drugi ioni, kao što je kalcij, magnezij, među kojima je potrebna ta energijska valuta za ulazak.

Sudjelovanje u sintezi proteina

Proteinske molekule nastaju od aminokiselina, koje su međusobno povezane peptidnim vezama. Za njihovo formiranje potrebno je razbiti četiri visoke energetske veze. Drugim riječima, znatan broj ATP molekula mora se hidrolizirati radi stvaranja proteina prosječne duljine.

Sinteza proteina događa se u strukturama koje se nazivaju ribozomi. Oni su sposobni protumačiti kod posjedničke RNA i prevesti ga u sekvencu aminokiselina, proces ovisan o ATP-u..

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

S druge strane, stanica ne samo da sintetizira bjelančevine, ona također treba lipide, kolesterol i druge neophodne tvari i za to je potrebna energija sadržana u vezama ATP..

Pružite energiju za kretanje

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

U mišićima se kemijska energija može pretvoriti u mehaničku energiju zahvaljujući reorganizaciji proteina s kapacitetom kontrakcije koji ga formira. Duljina ovih struktura je modificirana, skraćena, što stvara napetost koja rezultira stvaranjem pokreta.

Kod drugih organizama, kretanje stanica se također događa zahvaljujući prisutnosti ATP-a. Primjerice, kretanje cilija i flagela koje dopuštaju premještanje određenih jednostaničnih organizama događa se primjenom ATP-a.

Još jedno posebno kretanje je amoebni koji uključuje izbočenje pseudopoda na krajevima stanice. Nekoliko tipova stanica koristi ovaj mehanizam kretanja, uključujući leukocite i fibroblaste.

U slučaju zametnih stanica, lokomocija je ključna za učinkovit razvoj embrija. Embrionalne stanice premještaju važne udaljenosti od mjesta porijekla do regije u kojoj moraju nastati određene strukture.

hidroliza

Hidroliza ATP je reakcija koja uključuje razgradnju molekule prisutnošću vode. Reakcija je predstavljena kako slijedi:

ATP + voda + ADP + Pja + energija. Gdje, izraz Pja odnosi se na skupinu anorganskog fosfata, a ADP je adenozin difosfat. Imajte na umu da je reakcija reverzibilna.

Hidroliza ATP-a je fenomen koji uključuje oslobađanje ogromne količine energije. Pucanje bilo koje od pirofosfatnih veza rezultira oslobađanjem od 7 kcal po molu - specifično 7,3 ATP na ADP i 8,2 za proizvodnju adenozin monofosfata (AMP) iz ATP. To je jednako 12.000 kalorija po molu ATP-a.

Zašto dolazi do oslobađanja energije??

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

Potrebno je napomenuti da samo hidroliza koja nastaje na pirofosfatnim vezama dovodi do nastanka ADP ili AMP dovodi do stvaranja energije u važnim količinama.

Hidroliza ostalih veza u molekuli ne daje toliko energije, osim za hidrolizu anorganskog pirofosfata, koji ima veliku količinu energije..

Oslobađanje energije iz tih reakcija koristi se za obavljanje metaboličkih reakcija unutar stanice, budući da mnogi od tih procesa zahtijevaju funkcioniranje energije, kako u početnim koracima puteva razgradnje tako iu biosintezi spojeva..

Na primjer, u metabolizmu glukoze, početni koraci uključuju fosforilaciju molekule. U sljedećim koracima generira se novi ATP, kako bi se dobila pozitivna neto dobit.

S energetske točke gledišta, postoje druge molekule čije je oslobađanje energije veće od ATP, uključujući 1,3-bifosfoglicerat, karbamil fosfat, kreatinin fosfat i fosfoenolpiruvat..

Dobivanje ATP-a

ATP se može dobiti na dva načina: oksidacijsku fosforilaciju i fosforilaciju na razini supstrata. Prvi zahtijeva kisik, dok drugi ne treba. Oko 95% nastalog ATP-a pojavljuje se u mitohondrijima.

Oksidativna fosforilacija

Oksidativna fosforilacija uključuje proces oksidacije hranjivih tvari u dvije faze: dobivanje smanjenih koenzima NADH i FADH2 derivati ​​vitamina.

Smanjenje tih molekula zahtijeva upotrebu vodika iz hranjivih tvari. Kod masti je proizvodnja koenzima izrazita, zahvaljujući ogromnoj količini vodika koji imaju u svojoj strukturi, u usporedbi s peptidima ili s ugljikohidratima..

Iako postoji nekoliko načina proizvodnje koenzima, najvažniji put je Krebsov ciklus. Slijedom toga, reducirani koenzimi koncentrirani su u respiratornim lancima koji se nalaze u mitohondrijima, koji prenose elektrone u kisik.

Lanac za prijenos elektrona formira se nizom proteina vezanih na membranu, koji pumpe protone (H +) prema van (vidi sliku). Ovi protoni ponovno ulaze preko membrane kroz drugi protein, ATP sintazu, odgovoran za sintezu ATP-a.

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

Fosforilacija na razini supstrata

Fosforilacija na razini supstrata nije toliko važna kao gore opisani mehanizam i, budući da ne zahtijeva molekule kisika, obično je povezana s fermentacijom. Na taj način, iako je vrlo brz, izvlači malo energije, ako ga usporedimo s procesom oksidacije, to bi bilo oko petnaest puta manje..

U našem tijelu, procesi fermentacije se odvijaju na razini mišića. Ovo tkivo može funkcionirati bez kisika, tako da je moguće da se molekula glukoze razgradi do mliječne kiseline (kada radimo neke iscrpne sportske aktivnosti, na primjer).

U fermentacijama, konačni proizvod još uvijek ima energetski potencijal koji se može ekstrahirati. U slučaju fermentacije u mišiću, ugljik u mliječnoj kiselini je na istoj razini smanjenja kao u početnoj molekuli: glukoza.

Dakle, proizvodnja energije nastaje stvaranjem molekula koje imaju visoke energetske veze, uključujući 1,3-bifosfoglirat i fosfoenolpiruvat.

U glikolizi, na primjer, hidroliza ovih spojeva povezana je s proizvodnjom molekula ATP, stoga termin "na razini supstrata".

ATP ciklus

ATP se nikada ne pohranjuje. To je u kontinuiranom ciklusu korištenja i sinteze. Na taj se način stvara ravnoteža između nastalog ATP-a i njegovog hidroliziranog produkta, ADP-a.

Druge energetske molekule

ATP nije jedina molekula sastavljena od nukleozidnog bifosfata koji postoji u staničnom metabolizmu. Postoji niz molekula sa strukturama sličnim ATP koje imaju usporedivo energetsko ponašanje, iako nisu toliko popularne kao ATP.

Najistaknutiji primjer je GTP, guanosin trifosfat, koji se koristi u poznatim Krebsovim ciklusima i na glukoneogenom putu. Ostali manje korišteni su CTP, TTP i UTP.

reference

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Udžbenik ljudske fiziologije.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall Rasprava o medicinskoj fiziologiji. Elsevier Brazil.
  3. Hernandez, A.G. D. (2010). Ugovor o prehrani: sastav i prehrambena kvaliteta hrane. Ed Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Osnove metabolizma i prehrane. Elsevier.
  5. Pratt, C.W., & Kathleen, C. (2012). biokemija. Uvodnik Moderni priručnik.
  6. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2007). Osnove biokemije. Medicinska urednica Panamericana.