ATP (adenosine triphosphate) struktur, fungsi, hidrolisis



The ATP (adenosine triphosphate) adalah molekul organik dengan ikatan tenaga yang tinggi yang dibentuk oleh cincin adenine, ribose dan tiga kumpulan fosfat. Ia mempunyai peranan penting dalam metabolisme, kerana ia mengangkut tenaga yang diperlukan untuk mengekalkan satu siri proses selular yang berfungsi dengan cekap.

Ia dikenali secara meluas dengan istilah "mata wang tenaga", kerana pembentukannya dan penggunaannya berlaku dengan mudah, yang membolehkan "membayar" dengan cepat tindak balas kimia yang memerlukan tenaga.

Walaupun molekul ke mata telanjang adalah kecil dan sederhana, ia menjimatkan sejumlah besar tenaga dalam hubungannya. Kumpulan fosfat mempunyai tuduhan negatif, yang dalam penolakan berterusan, menjadikannya pautan labil dan mudah patah.

Hidrolisis ATP adalah pecahan molekul dengan kehadiran air. Melalui proses ini tenaga terkandung dilepaskan.

Terdapat dua sumber utama ATP: fosforilasi pada peringkat substrat dan fosforilasi oksidatif, yang kedua adalah yang paling penting dan paling banyak digunakan oleh sel.

Pasangan fosforilasi oksidatif pengoksidaan FADH2 dan NADH + H+ dalam mitokondria dan fosforilasi di peringkat substrat berlaku di luar rantaian pengangkutan elektron, dalam laluan seperti glikolisis dan kitaran asid tricarboxylic.

Molekul ini bertanggungjawab untuk menyediakan tenaga yang diperlukan untuk kebanyakan proses yang berlaku di dalam sel, dari sintesis protein ke lokomotif. Di samping itu, ia membolehkan lalu lintas molekul melalui membran dan bertindak pada isyarat sel.

Indeks

  • 1 Struktur
  • 2 Fungsi
    • 2.1 Bekalan tenaga untuk pengangkutan natrium dan kalium melalui membran
    • 2.2 Penyertaan dalam sintesis protein
    • 2.3 Bekalan tenaga untuk pergerakan
  • 3 Hidrolisis
    • 3.1 Mengapakah pembebasan tenaga berlaku?
  • 4 Memperoleh ATP
    • 4.1 Fosforilasi oksidatif
    • 4.2 Fosforilasi di peringkat substrat
  • 5 Kitaran ATP
  • 6 molekul tenaga lain
  • 7 Rujukan

Struktur

ATP, seperti namanya, adalah nukleotida dengan tiga fosfat. Struktur tertentu, khususnya ikatan dua pirofosfat, menjadikannya sebatian yang kaya tenaga. Ia terdiri daripada unsur-unsur berikut:

- A nitrogenous base, adenine. Asas nitrogen adalah sebatian siklik yang mengandungi satu atau lebih nitrogen dalam strukturnya. Kami juga mendapati mereka sebagai komponen dalam asid nukleik, DNA dan RNA.

- Ribose terletak di pusat molekul. Ia adalah gula dari jenis pentosa, kerana ia mempunyai lima atom karbon. Rumus kimianya adalah C5H10O5. Karbon 1 ribosa dilampirkan pada cincin adenine.

- Tiga radikal fosfat. Dua terakhir ialah "pautan tenaga yang tinggi" dan diwakili dalam struktur grafik dengan simbol virgulilla: ~. Kumpulan fosfat adalah salah satu yang paling penting dalam sistem biologi. Tiga kumpulan ini dipanggil alpha, beta dan gamma, dari yang paling dekat dengan yang paling jauh.

Pautan ini sangat labil, jadi ia dibahagikan dengan cepat, dengan mudah dan secara spontan apabila keadaan fisiologi organisma menjaminnya. Ini berlaku kerana caj negatif dari tiga kumpulan fosfat cuba bergerak dari satu sama lain secara berterusan.

Fungsi

ATP memainkan peranan penting dalam metabolisme tenaga hampir semua organisma hidup. Atas sebab ini, ia sering dipanggil mata wang tenaga, kerana ia boleh dibelanjakan dan ditambah terus dalam beberapa minit sahaja..

Secara langsung atau tidak langsung, ATP memberikan tenaga untuk beratus-ratus proses, selain bertindak sebagai penderma fosfat.

Secara umum, ATP bertindak sebagai molekul isyarat dalam proses yang berlaku di dalam sel, perlu untuk mensintesis komponen DNA dan RNA dan untuk sintesis biomolekul lain, ia mengambil bahagian dalam lalu lintas melalui membran, antara lain.

Penggunaan ATP boleh dibahagikan kepada kategori utama: pengangkutan molekul melalui membran biologi, sintesis pelbagai sebatian dan akhirnya, kerja mekanikal.

Fungsi ATP sangat luas. Di samping itu, ia terlibat dalam banyak reaksi bahawa tidak mustahil untuk menamakan mereka semua. Oleh itu, kami akan membincangkan tiga contoh khusus untuk memberi contoh setiap tiga penggunaan yang disebutkan.

Bekalan tenaga untuk pengangkutan natrium dan kalium melalui membran

Sel adalah persekitaran yang sangat dinamik yang memerlukan mengekalkan kepekatan tertentu. Kebanyakan molekul tidak memasuki sel secara rawak atau santai. Untuk molekul atau bahan untuk masuk, ia mesti melakukannya dengan pengangkut khususnya.

Transporters adalah protein yang menyeberang membran dan berfungsi sebagai "penjaga gerbang" selular, mengawal aliran bahan. Oleh itu, membran adalah semipermeable: ia membolehkan sebatian tertentu untuk masuk dan yang lain tidak.

Salah satu pengangkutan yang paling terkenal ialah pam natrium-kalium. Mekanisme ini diklasifikasikan sebagai pengangkutan aktif, memandangkan pergerakan ion terjadi terhadap konsentrasi mereka dan satu-satunya cara untuk melaksanakan pergerakan ini adalah memperkenalkan tenaga ke dalam sistem, dalam bentuk ATP.

Dianggarkan satu pertiga daripada ATP yang terbentuk dalam sel digunakan untuk menjaga pam itu aktif. Ion natrium dipam terus ke luar sel, manakala ion kalium berbuat sebaliknya.

Secara logik, penggunaan ATP tidak terhad kepada pengangkutan natrium dan kalium. Terdapat ion lain, seperti kalsium, magnesium, antara lain, yang memerlukan mata wang tenaga ini untuk masuk.

Penyertaan dalam sintesis protein

Molekul protin dibentuk oleh asid amino, dipautkan bersama oleh ikatan peptida. Untuk membentuk mereka memerlukan pemecahan empat bon tenaga tinggi. Dalam erti kata lain, sebilangan besar molekul ATP mesti dihidrolisiskan untuk pembentukan protein panjang purata.

Sintesis protein berlaku dalam struktur yang dipanggil ribosom. Mereka dapat mentafsir kod yang dimiliki oleh RNA messenger dan diterjemahkan ke dalam urutan asid amino, proses ATP-bergantung.

Dalam sel yang paling aktif, sintesis protein dapat mengarahkan sehingga 75% ATP disintesis dalam kerja penting ini.

Sebaliknya, sel bukan sahaja mensintesis protein, ia juga memerlukan lipid, kolesterol, dan bahan-bahan lain yang tidak diperlukan dan untuk melakukannya memerlukan tenaga yang terkandung dalam ikatan ATP..

Sediakan tenaga untuk pergerakan

Kerja mekanikal adalah salah satu fungsi ATP yang paling penting. Sebagai contoh, untuk badan kita dapat melaksanakan pengecutan gentian otot, ketersediaan tenaga yang banyak diperlukan.

Dalam otot, tenaga kimia dapat diubah menjadi energi mekanik berkat penyusunan semula protein dengan kemampuan penguncupan yang membentuknya. Panjang struktur ini diubahsuai, dipendekkan, yang menimbulkan ketegangan yang mengakibatkan generasi pergerakan.

Dalam organisma lain, pergerakan sel juga berlaku berkat kehadiran ATP. Sebagai contoh, pergerakan silia dan flagela yang membolehkan anjakan organisme uniselular tertentu berlaku melalui penggunaan ATP.

Satu lagi pergerakan tertentu ialah amoebic yang melibatkan penonjolan pseudopod pada hujung sel. Beberapa jenis sel menggunakan mekanisme pergerakan ini, termasuk leukosit dan fibroblas.

Dalam kes sel kuman, pergerakan adalah penting untuk perkembangan embrio yang berkesan. Sel embrionik memindahkan jarak penting dari tempat asal mereka ke rantau ini di mana mereka mesti berasal struktur tertentu.

Hidrolisis

Hidrolisis ATP adalah tindak balas yang melibatkan pecahan molekul dengan kehadiran air. Reaksi diwakili seperti berikut:

ATP + Air ⇋ ADP + Pi + tenaga Di mana, istilah Pi ia merujuk kepada kumpulan fosfat bukan organik dan ADP adalah adenosin difosfat. Perhatikan bahawa tindak balas itu boleh diterbalikkan.

Hidrolisis ATP adalah fenomena yang melibatkan pelepasan tenaga yang besar. Kerosakan mana-mana hubungan pyrophosphate menghasilkan pembebasan 7 kcal per mol - khusus 7.3 ATP untuk ADP dan 8.2 untuk pengeluaran adenosine monophosphate (AMP) dari ATP. Ini sama dengan 12,000 kalori setiap mol ATP.

Mengapa pelepasan tenaga berlaku??

Kerana produk hidrolisis jauh lebih stabil daripada sebatian awal, iaitu, ATP.

Perlu menyebutkan bahawa hanya hidrolisis yang berlaku pada ikatan pyrophosphat untuk menimbulkan pembentukan ADP atau AMP menyebabkan generasi tenaga dalam kuantiti penting.

Hidrolisis ikatan lain dalam molekul tidak memberikan banyak tenaga, kecuali hidroliks pirofosfat tak organik, yang mempunyai banyak tenaga.

Pelepasan tenaga daripada tindak balas ini digunakan untuk melakukan tindak balas metabolik di dalam sel, kerana banyak proses ini memerlukan tenaga untuk berfungsi, baik dalam langkah-langkah awal laluan degradasi dan dalam biosintesis sebatian.

Sebagai contoh, dalam metabolisme glukosa, langkah awal melibatkan fosforilasi molekul. Dalam langkah-langkah berikut, ATP baru dihasilkan, untuk mendapatkan keuntungan bersih yang positif.

Dari sudut pandangan tenaga, terdapat molekul lain yang melepaskan tenaga lebih besar daripada ATP, termasuk 1,3-biphosphoglycerate, karbamil fosfat, kreatinin fosfat dan fosfoenolpyruvate.

Mendapatkan ATP

ATP boleh diperolehi dengan dua laluan: fosforilasi oksidatif dan fosforilasi di peringkat substrat. Yang pertama memerlukan oksigen manakala yang kedua tidak memerlukannya. Kira-kira 95% daripada ATP yang terbentuk berlaku di mitokondria.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif melibatkan proses pengoksidaan nutrien dalam dua fasa: mendapatkan koenzim berkurang NADH dan FADH2 derivatif vitamin.

Pengurangan molekul ini memerlukan penggunaan hidrogen dari nutrien. Dalam lemak, pengeluaran koenzim adalah luar biasa, terima kasih kepada sejumlah besar hidrogen yang mereka miliki dalam struktur mereka, berbanding dengan peptida atau dengan karbohidrat.

Walaupun terdapat beberapa cara menghasilkan koenzim, laluan yang paling penting ialah kitaran Krebs. Selepas itu, koenzim dikurangkan tertumpu di rantai pernafasan yang terletak di mitokondria, yang memindahkan elektron ke oksigen.

Rantai pengangkutan elektron dibentuk oleh satu siri protein ditambah ke membran, yang pam proton (H +) ke luar (lihat gambar). Proton ini memasuki semula membran membran melalui protein lain, ATP synthase, yang bertanggungjawab terhadap sintesis ATP.

Dalam erti kata lain, kita perlu mengurangkan koenzim, lebih banyak ADP dan oksigen menghasilkan air dan ATP.

Fosforilasi di peringkat substrat

Fosforilasi di peringkat substrat tidak sama pentingnya dengan mekanisme yang dinyatakan di atas dan, kerana ia tidak memerlukan molekul oksigen, ia biasanya dikaitkan dengan penapaian. Dengan cara ini, walaupun ia sangat cepat, mengekstrak tenaga sedikit, jika kita bandingkan dengan proses pengoksidaan itu akan kira-kira lima belas kali kurang.

Dalam tubuh kita, proses fermentasi berlaku pada tahap otot. Tisu ini boleh berfungsi tanpa oksigen, jadi mungkin molekul glukosa terdegradasi kepada asid laktik (ketika kita melakukan beberapa aktiviti olahraga yang lengkap).

Dalam penapaian, produk akhir masih mempunyai potensi tenaga yang boleh diekstrak. Dalam kes penapaian dalam otot, karbohidrat dalam asid laktik berada pada tahap pengurangan yang sama seperti pada molekul awal: glukosa.

Oleh itu, pengeluaran tenaga berlaku oleh pembentukan molekul yang mempunyai ikatan tenaga yang tinggi, termasuk 1,3-biphosphoglirate dan phosphoenolpyruvate.

Dalam glikolisis, sebagai contoh, hidrolisis sebatian ini dikaitkan dengan pengeluaran molekul ATP, oleh itu istilah "di peringkat substrat".

Kitaran ATP

ATP tidak pernah disimpan. Ia berada dalam kitaran berterusan penggunaan dan sintesis. Dengan cara ini keseimbangan dibuat antara ATP yang terbentuk dan produknya yang terhidrolisis, ADP.

Molekul tenaga lain

ATP bukan satu-satunya molekul yang terdiri daripada biphosphat nukleosida yang wujud dalam metabolisme sel. Terdapat satu siri molekul dengan struktur yang serupa dengan ATP yang mempunyai tingkah laku tenaga yang setanding, walaupun mereka tidak begitu popular dengan ATP.

Contoh yang paling cemerlang adalah GTP, guanosin triphosphate, yang digunakan dalam kitaran Krebs yang dikenali dan dalam laluan glukoneogenik. Lain yang kurang digunakan adalah CTP, TTP dan UTP.

Rujukan

  1. Guyton, A.C., & Hall, J. E. (2000). Buku teks fisiologi manusia.
  2. Hall, J. E. (2017). Treatise of Guyton E Hall on Physiology Medical. Elsevier Brazil.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Perjanjian Pemakanan: Komposisi dan Kualiti Makanan Pemakanan. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Keperluan dalam metabolisme dan pemakanan. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). Biokimia. Editorial Manual Moden.
  6. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2007). Asas Biokimia. Perubatan Editorial Panamericana.