ATP (adenosintrifosfat) struktur, funksjoner, hydrolyse



den ATP (adenosintrifosfat) er et organisk molekyl med høy energi-bindinger utgjøres av en adeninring, en ribose og tre fosfatgrupper. Den har en grunnleggende rolle i stoffskiftet, siden den transporterer den nødvendige energien for å opprettholde en rekke cellulære prosesser som fungerer effektivt.

Det er allment kjent av begrepet "energi valuta", siden formasjonen og bruken av den skjer lett, slik at den raskt kan "betale" de kjemiske reaksjonene som krever energi.

Selv om molekylet til det blotte øye er lite og enkelt, sparer det en betydelig mengde energi i koblingene. Fosfatgruppene har negative ladninger, som er i konstant frastøt, noe som gjør den til en labil og lett ødelagt link.

Hydrolysen av ATP er nedbrytningen av molekylet ved nærvær av vann. Gjennom denne prosessen frigjøres den innebygde energien.

Det er to hovedkilder for ATP: substrat-fosforylering nivå og oksidativ fosforylering, hvor sistnevnte er den viktigste og mest brukte av cellen.

Oksidativ fosforylering forbinder oksidasjonen av FADH2 og NADH + H+ i mitokondrier og fosforylering ved substratnivå skjer utenfor elektrontransportkjeden, i ruter som glykolyse og tricarboxylsyre syklusen.

Dette molekylet er ansvarlig for å gi den energien som er nødvendig for de fleste prosessene som forekommer inne i cellen, fra proteinsyntese til bevegelse, til å finne sted. I tillegg tillater det molekylets trafikk gjennom membranene og virker på cellesignalering.

index

  • 1 struktur
  • 2 funksjoner
    • 2.1 Energiforsyning for transport av natrium og kalium gjennom membranen
    • 2.2 Deltakelse i proteinsyntese
    • 2.3 Tilfør energi for bevegelse
  • 3 hydrolyse
    • 3.1 Hvorfor denne utgivelsen av energi oppstår?
  • 4 Oppnå ATP
    • 4.1 Oksidativ fosforylering
    • 4.2 Fosforylering på substratnivå
  • 5 ATP syklus
  • 6 Andre energimolekyler
  • 7 referanser

struktur

ATP, som navnet antyder, er et nukleotid med tre fosfater. Den spesielle strukturen, spesielt de to pyrofosfatbindingene, gjør den til en energiriktig forbindelse. Den består av følgende elementer:

- En nitrogenbasert base, adenin. Nitrogenbaser er sykliske forbindelser som inneholder ett eller flere nitrogen i deres struktur. Vi finner også dem som komponenter i nukleinsyrer, DNA og RNA.

- Ribose ligger i sentrum av molekylet. Det er et sukker av pentosedypen, siden det har fem karbonatomer. Dens kjemiske formel er C5H10O5. Karbonet 1 av ribose er festet til adeninringen.

- Tre fosfatradikaler. De to sistnevnte er "høy energi koblinger" og er representert i de grafiske strukturer med symbolet på virgulillaen: ~. Fosfatgruppen er en av de viktigste i biologiske systemer. De tre gruppene heter alfa, beta og gamma, fra nærmeste til lengst.

Denne lenken er svært labil, så den deles raskt, enkelt og spontant når de fysiologiske forholdene til organismen garanterer det. Dette skjer fordi de negative fosfatgruppene i de tre fosfatgruppene forsøker å bevege seg vekk fra hverandre hele tiden.

funksjoner

ATP spiller en uunnværlig rolle i energimetabolismen til praktisk talt alle levende organismer. Av denne grunn kalles det ofte energivaluta, siden det kan brukes og etterfylles kontinuerlig på bare noen få minutter..

Direkte eller indirekte gir ATP energien til hundrevis av prosesser, i tillegg til å fungere som en fosfatdonor.

Generelt fungerer ATP som et signalmolekyle i prosessene som forekommer inne i cellen, det er nødvendig å syntetisere komponentene av DNA og RNA og for syntesen av andre biomolekyler, deltar den i trafikken gjennom membranene, blant annet.

Bruk av ATP kan deles inn i hovedkategorier: transport av molekyler gjennom biologiske membraner, syntese av forskjellige forbindelser og endelig mekanisk arbeid.

Funksjonene til ATP er svært brede. I tillegg er det involvert i så mange reaksjoner at det ville være umulig å nevne dem alle. Derfor vil vi diskutere tre konkrete eksempler for å eksemplifisere hver av de tre nevnte bruksområder.

Energiforsyning for transport av natrium og kalium gjennom membranen

Cellen er et ekstremt dynamisk miljø som krever opprettholdelse av bestemte konsentrasjoner. De fleste molekyler kommer ikke inn i cellen tilfeldig eller tilfeldig. For at et molekyl eller stoff skal komme inn, må det gjøres av den spesifikke transportøren.

Transportere er proteiner som krysser membranen og fungerer som cellulære "gatekeepers", som styrer materialflyten. Derfor er membranen semipermeabel: det tillater visse forbindelser å komme inn og andre ikke.

En av de mest kjente transportene er natrium-kaliumpumpen. Denne mekanismen er klassifisert som en aktiv transport, da bevegelsen av ionene skjer mot deres konsentrasjoner, og den eneste måten å utføre denne bevegelsen på er å introdusere energi inn i systemet, i form av ATP.

Det anslås at en tredjedel av ATP som er dannet i cellen, brukes til å holde pumpen aktiv. Natriumioner pumpes konstant til cellenes eksteriør, mens kaliumioner gjør det i motsatt retning.

Logisk er bruken av ATP ikke begrenset til transport av natrium og kalium. Det er andre ioner, som for eksempel kalsium, magnesium, som krever at denne energimengden kommer inn.

Deltakelse i proteinsyntese

Proteinmolekyler dannes av aminosyrer, koblet sammen ved hjelp av peptidbindinger. For å danne dem krever brudd på fire high-energy obligasjoner. Med andre ord må et betydelig antall ATP-molekyler hydrolyseres for dannelse av et protein av gjennomsnittlig lengde.

Syntesen av proteiner forekommer i strukturer kalt ribosomer. De er i stand til å tolke koden besatt av messenger RNA og oversette den til en aminosyresekvens, en ATP-avhengig prosess.

I de mest aktive cellene kan proteinsyntese lede opptil 75% av ATP syntetisert i dette viktige arbeidet.

På den annen side, syntetiserer det celle ikke bare proteiner, også behov for lipider, kolesterol og andre stoffer som er essensielle for å gjøre og krever energien som finnes i koblinger av ATP.

Gi energi til lokomotiv

Mekanisk arbeid er en av de viktigste funksjonene i ATP. For eksempel, for at kroppen vår skal kunne utføre sammentrekningen av muskelfibre, er tilgjengeligheten av store mengder energi nødvendig.

I muskelen kan kjemisk energi omdannes til mekanisk energi takket være omorganiseringen av proteiner med sammentrekningskapasitet som danner den. Lengden på disse strukturene er modifisert, forkortet, noe som skaper en spenning som resulterer i bevegelsesgenerering.

I andre organismer forekommer bevegelsen av celler også takket være ATP-tilstedeværelsen. For eksempel forekommer bevegelsen av cilia og flagella som tillater forskyvning av bestemte encellede organismer ved bruk av ATP.

En annen spesiell bevegelse er amoebisk som innebærer fremspring av et pseudopod ved cellens ender. Flere celletyper bruker denne mekanismen for fremdrift, inkludert leukocytter og fibroblaster.

Når det gjelder kimceller, er fremdrift viktig for den effektive utviklingen av embryoet. Embryonceller beveger viktige avstander fra deres opprinnelsessted til regionen der de må stamme fra bestemte strukturer.

hydrolyse

Hydrolysen av ATP er en reaksjon som involverer nedbrytningen av molekylet ved nærvær av vann. Reaksjonen er representert som følger:

ATP + Vann ⇋ ADP + Pjeg + energi. Hvor, ordet Pjeg Det refererer til gruppen uorganisk fosfat og ADP er adenosindifosfat. Merk at reaksjonen er reversibel.

Hydrolysen av ATP er et fenomen som innebærer frigjøring av en enorm mengde energi. Bryte noen pyrofosfater lenker resulterer i frigjøring av 7 kcal pr mol - spesifikt 7.3 av ATP til ADP og 8,2 for å fremstille adenosin monofosfat (AMP) fra ATP. Dette tilsvarer 12 000 kalorier per mol ATP.

Hvorfor oppstår denne utgivelsen av energi??

Fordi hydrolyseproduktene er mye stabile enn den opprinnelige forbindelsen, det vil si ATP.

Det skal nevnes at bare hydrolysen som forekommer på pyrofosfatforbindelser for å føre til dannelse av ADP eller AMP fører til kraftproduksjon i store mengder.

Hydrolyse av andre bindinger i molekylet gir ikke mye energi, med unntak av hydrolyse av uorganisk pyrofosfat, som har en stor mengde energi.

Frigivelsen av energi fra disse reaksjonene brukes til å utføre metabolske reaksjoner inne i cellen, siden mange av disse prosessene krever energi til å fungere, både i de første trinnene av nedbrytningsveier og i biosyntese av forbindelser.

For eksempel, i glukosemetabolismen, involverer de første trinnene fosforyleringen av molekylet. I de følgende trinnene genereres ny ATP for å oppnå en positiv netto gevinst.

Fra energisynspunkt, er det andre molekyler som kan avgi energi er høyere enn ATP, inkludert 1,3.bifosfoglicerato, den karbamyl, creatininfosfato og fosfoenolpyruvat.

Skaffe ATP

ATP kan oppnås ved to ruter: oksidativ fosforylering og fosforylering på substratnivå. Den første krever oksygen, mens den andre ikke trenger det. Omtrent 95% av den dannede ATP forekommer i mitokondriene.

Oksidativ fosforylering

Oksidativ fosforylering innebærer en prosess for oksidasjon av næringsstoffer i to faser: oppnå reduserte koenzymer NADH og FADH2 derivater av vitaminer.

Reduksjonen av disse molekylene krever bruk av hydrogener fra næringsstoffene. I fett er produksjonen av koenzymer bemerkelsesverdig, takket være den enorme mengden hydrogener de har i sin struktur, sammenlignet med peptider eller med karbohydrater.

Selv om det finnes flere måter å produsere koenzymer, er den viktigste ruten Krebs syklusen. Deretter konsentreres de reduserte koenzymer i respiratoriske kjeder som befinner seg i mitokondriene, som overfører elektronene til oksygen.

Elektrontransportkjeden er dannet av en serie proteiner koblet til membranen, som pumper protoner (H +) til utsiden (se bildet). Disse protonene inn igjen krysser membranen gjennom et annet protein, ATP-syntase, som er ansvarlig for syntesen av ATP.

Med andre ord, vi må redusere koenzymer, mer ADP og oksygen generere vann og ATP.

Fosforylering på substratnivå

Fosforylering på substratnivå er ikke like viktig som mekanismen som er beskrevet ovenfor, og siden den ikke krever oksygenmolekyler, er den vanligvis forbundet med gjæring. Denne måten, selv om den er veldig rask, trekker ut lite energi, hvis vi sammenligner det med oksidasjonsprosessen, ville det være omtrent femten ganger mindre.

I vår kropp oppstår fermentative prosesser på muskelnivå. Dette vevet kan fungere uten oksygen, så det er mulig at et glukosemolekyl nedbrytes til melkesyre (når vi for eksempel utfører en uttømmende sportsaktivitet).

I fermenteringer har sluttproduktet fortsatt energipotensial som kan ekstraheres. Når det gjelder gjæring i muskel, er karbonene i melkesyre på samme nivå av reduksjon som de i det første molekylet: glukose.

Dermed oppstår produksjon av energi ved dannelse av molekyler som har høye energibånd, inkludert 1,3-bifosfoglirat og fosfoenolpyruvat.

I glykolyse, for eksempel, er hydrolysen av disse forbindelsene knyttet til produksjonen av ATP-molekyler, følgelig vil termen "på substratnivå".

ATP syklus

ATP lagres aldri. Det er i en kontinuerlig syklus for bruk og syntese. På denne måten opprettes en balanse mellom det dannede ATP og dets hydrolyserte produkt, ADP.

Andre energimolekyler

ATP er ikke det eneste molekylet som består av nukleosidbifosfat som eksisterer i cellemetabolismen. Det finnes en rekke molekyler med strukturer som ligner på ATP som har en sammenlignbar energiadferd, selv om de ikke er like populære som ATP.

Det mest fremragende eksempelet er GTP, guanosintrifosfat, som brukes i den kjente Krebs-syklusen og i den glukoneogene vei. Andre mindre brukte er CTP, TTP og UTP.

referanser

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Lærebok for menneskelig fysiologi.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall Treat på medisinsk fysiologi. Elsevier Brasil.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Ernæringsavtale: sammensetning og næringsrik kvalitet av mat. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Det viktigste i stoffskifte og ernæring. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). biokjemi. Editorial The Modern Manual.
  6. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2007). Grunnlag for biokjemi. Medisinsk redaktør Panamericana.