Štruktúra ATP (adenozíntrifosfát), funkcie, hydrolýza



ATP (trifosfát adenozínu) je organická molekula s vysoko energetickými väzbami tvorenými adenínovým kruhom, ribózou a tromi fosfátovými skupinami. Má zásadnú úlohu v metabolizme, pretože transportuje potrebnú energiu na udržanie série bunkových procesov, ktoré fungujú efektívne.

Je široko známy pod pojmom "energetická mena", pretože jej tvorba a jej používanie sa ľahko vyskytujú, čo umožňuje "zaplatiť" rýchlo chemické reakcie, ktoré vyžadujú energiu..

Hoci molekula voľným okom je malá a jednoduchá, šetrí značné množstvo energie vo svojich spojeniach. Fosfátové skupiny majú záporné náboje, ktoré sú v neustálom odpudzovaní, čo ho robí labilným a ľahko rozbitým.

Hydrolýza ATP je rozklad molekuly prítomnosťou vody. Týmto procesom sa uvoľňuje obsiahnutá energia.

Existujú dva hlavné zdroje ATP: fosforylácia na úrovni substrátu a oxidačná fosforylácia, ktorá je najdôležitejšia a najviac používaná bunkou..

Oxidačná fosforylácia spája oxidáciu FADH2 a NADH + H+ v mitochondriách a fosforylácii na úrovni substrátu sa vyskytuje mimo transportného reťazca elektrónov, v cestách, ako je glykolýza a cyklus trikarboxylových kyselín.

Táto molekula je zodpovedná za poskytnutie energie potrebnej pre väčšinu procesov, ktoré sa vyskytujú vo vnútri bunky, od syntézy proteínov po lokomóciu. Okrem toho umožňuje prenos molekúl cez membrány a pôsobí na bunkovú signalizáciu.

index

  • 1 Štruktúra
  • 2 Funkcie
    • 2.1 Dodávka energie na prepravu sodíka a draslíka cez membránu
    • 2.2 Účasť na syntéze proteínov
    • 2.3 Dodávka energie na pohyb
  • 3 Hydrolýza
    • 3.1 Prečo dochádza k uvoľňovaniu energie?
  • 4 Získanie ATP
    • 4.1 Oxidačná fosforylácia
    • 4.2 Fosforylácia na úrovni substrátu
  • 5 Cyklus ATP
  • 6 Iné molekuly energie
  • 7 Referencie

štruktúra

ATP, ako už názov napovedá, je nukleotid s tromi fosfátmi. Jeho zvláštna štruktúra, konkrétne dve pyrofosfátové väzby, z nej robí energeticky bohatú zlúčeninu. Skladá sa z týchto prvkov:

- Dusíkatá báza, adenín. Dusíkaté zásady sú cyklické zlúčeniny, ktoré obsahujú vo svojej štruktúre jeden alebo viac dusíkov. Tiež ich nájdeme ako zložky v nukleových kyselinách, DNA a RNA.

- Ribosa sa nachádza v strede molekuly. Je to cukor pentózového typu, pretože má päť atómov uhlíka. Jeho chemický vzorec je C5H10O5. Uhlík 1 ribózy je pripojený na adenínový kruh.

- Tri fosfátové radikály. Posledné dve sú "vysokoenergetické spojenia" a sú zastúpené v grafických štruktúrach so symbolom virgulily: ~. Fosfátová skupina je jedným z najdôležitejších v biologických systémoch. Tri skupiny sa nazývajú alfa, beta a gama, od najbližšieho k najvzdialenejšiemu.

Toto spojenie je veľmi labilné, takže sa rýchlo, ľahko a spontánne delí, keď si to vyžadujú fyziologické podmienky organizmu. To sa deje preto, že negatívne náboje troch fosfátových skupín sa neustále snažia vzdialiť.

funkcie

ATP hrá nenahraditeľnú úlohu v energetickom metabolizme prakticky všetkých živých organizmov. Z tohto dôvodu sa často nazýva energetická mena, pretože ju možno minúť a dopĺňať nepretržite počas niekoľkých minút..

Priamy alebo nepriamy, ATP poskytuje energiu pre stovky procesov, navyše pôsobí ako donor fosfátov.

Všeobecne platí, že ATP pôsobí ako signálna molekula v procesoch, ktoré sa vyskytujú vo vnútri bunky, je potrebné syntetizovať zložky DNA a RNA a pre syntézu ďalších biomolekúl, zúčastňuje sa na premávke prostredníctvom medzi inými.

Použitie ATP možno rozdeliť do hlavných kategórií: transport molekúl cez biologické membrány, syntéza rôznych zlúčenín a nakoniec mechanická práca.

Funkcie ATP sú veľmi široké. Okrem toho sa podieľa na mnohých reakciách, ktoré by bolo nemožné vymenovať všetky. Preto sa budeme zaoberať tromi konkrétnymi príkladmi, ktoré budú príkladom každého z uvedených troch spôsobov.

Dodávka energie na prepravu sodíka a draslíka cez membránu

Bunka je extrémne dynamické prostredie, ktoré vyžaduje udržanie špecifických koncentrácií. Väčšina molekúl nevstupuje do bunky náhodne alebo náhodne. Aby molekula alebo substancia vstúpila, musí tak urobiť jej špecifický transportér.

Transportéry sú proteíny, ktoré prechádzajú cez membránu a fungujú ako bunkové "gatekeepers", kontrolujúce tok materiálov. Preto je membrána semipermeabilná: umožňuje vstup určitým zlúčeninám a iné nie.

Jedným z najznámejších transportov je sodno-draselné čerpadlo. Tento mechanizmus je klasifikovaný ako aktívny transport, pretože pohyb iónov prebieha proti ich koncentráciám a jediným spôsobom, ako tento pohyb vykonať, je zavedenie energie do systému vo forme ATP..

Odhaduje sa, že jedna tretina ATP vytvoreného v bunke sa používa na udržanie aktivity pumpy. Ióny sodíka sa neustále čerpajú do vonkajšieho prostredia, zatiaľ čo ióny draslíka to robia opačne.

Použitie ATP nie je logicky obmedzené na transport sodíka a draslíka. Existujú aj iné ióny, ako napríklad vápnik, horčík, ktoré potrebujú túto energetickú menu na vstup.

Účasť na syntéze proteínov

Proteínové molekuly sú tvorené aminokyselinami, ktoré sú spojené peptidovými väzbami. Ich vytvorenie si vyžaduje rozdelenie štyroch vysokoenergetických väzieb. Inými slovami, značný počet ATP molekúl musí byť hydrolyzovaný na vytvorenie proteínu s priemernou dĺžkou.

Syntéza proteínov sa vyskytuje v štruktúrach nazývaných ribozómy. Dokážu interpretovať kód poslaný messengerovou RNA a preložiť ho do aminokyselinovej sekvencie, procesu závislého na ATP.

V najaktívnejších bunkách môže syntéza proteínov riadiť až 75% syntetizovaného ATP v tejto dôležitej práci.

Na druhej strane, bunka nielen syntetizuje proteíny, ale tiež potrebuje lipidy, cholesterol a ďalšie nepostrádateľné látky a na to vyžaduje energiu obsiahnutú v ATP väzbách..

Poskytnite energiu na pohyb

Mechanická práca je jednou z najdôležitejších funkcií ATP. Napríklad, aby naše telo mohlo vykonávať kontrakcie svalových vlákien, je potrebná dostupnosť veľkého množstva energie.

Chemická energia sa môže vo svaloch transformovať na mechanickú energiu vďaka reorganizácii proteínov s kontrakčnou kapacitou, ktoré ju tvoria. Dĺžka týchto štruktúr je modifikovaná, skrátená, čo vytvára napätie, ktoré vedie k tvorbe pohybu.

V iných organizmoch sa pohyb buniek vyskytuje aj vďaka prítomnosti ATP. Napríklad pohyb rias a bičíkov, ktorý umožňuje vytesnenie určitých jednobunkových organizmov, sa vyskytuje použitím ATP.

Ďalším konkrétnym pohybom je amébika, ktorá zahŕňa výčnelok pseudopodu na koncoch buniek. Tento typ lokomócie, vrátane leukocytov a fibroblastov, využíva niekoľko typov buniek.

V prípade zárodočných buniek je lokomócia nevyhnutná pre účinný vývoj embrya. Embryonálne bunky presúvajú dôležité vzdialenosti od miesta ich pôvodu do oblasti, kde musia vzniknúť špecifické štruktúry.

hydrolýza

Hydrolýza ATP je reakcia, ktorá zahŕňa rozpad molekuly prítomnosťou vody. Reakcia je znázornená nasledujúcim spôsobom:

ATP + voda ⇋ ADP + Pja + energie. Kde, termín Pja označuje skupinu anorganického fosfátu a ADP je adenozíndifosfát. Všimnite si, že reakcia je reverzibilná.

Hydrolýza ATP je jav, ktorý zahŕňa uvoľnenie obrovského množstva energie. Porušenie ktorejkoľvek z pyrofosfátových väzieb má za následok uvoľnenie 7 kcal na mol - konkrétne 7,3 ATP na ADP a 8,2 na produkciu adenozín monofosfátu (AMP) z ATP. To sa rovná 12 000 kalórií na mol ATP.

Prečo k tomuto uvoľňovaniu energie dochádza??

Pretože produkty hydrolýzy sú oveľa stabilnejšie ako východisková zlúčenina, to znamená ATP.

Treba spomenúť, že len hydrolýza, ktorá sa vyskytuje na pyrofosfátových väzbách, ktorá vedie k tvorbe ADP alebo AMP, vedie k tvorbe energie v dôležitých množstvách..

Hydrolýza ostatných väzieb v molekule neposkytuje toľko energie, okrem hydrolýzy anorganického pyrofosfátu, ktorý má veľké množstvo energie.

Uvoľňovanie energie z týchto reakcií sa používa na vykonávanie metabolických reakcií vo vnútri bunky, pretože mnohé z týchto procesov vyžadujú, aby fungovala energia, a to ako v počiatočných krokoch degradačných ciest, tak aj v biosyntéze zlúčenín..

Napríklad pri metabolizme glukózy počiatočné kroky zahŕňajú fosforyláciu molekuly. V nasledujúcich krokoch sa vytvorí nový ATP, aby sa získal kladný čistý zisk.

Z energetického hľadiska existujú aj iné molekuly, ktorých uvoľňovanie energie je vyššie ako molekuly ATP, vrátane 1,3-bifosfoglycerátu, karbamyl fosfátu, kreatinín fosfátu a fosfoenolpyruvátu..

Získanie ATP

ATP sa môže získať dvomi spôsobmi: oxidačnou fosforyláciou a fosforyláciou na úrovni substrátu. Prvý si vyžaduje kyslík, zatiaľ čo druhý ho nepotrebuje. Približne 95% vytvoreného ATP sa vyskytuje v mitochondriách.

Oxidačná fosforylácia

Oxidačná fosforylácia zahŕňa proces oxidácie živín v dvoch fázach: získanie redukovaných koenzýmov NADH a FADH2 derivátov vitamínov.

Redukcia týchto molekúl vyžaduje použitie vodíkov z živín. V tukoch je produkcia koenzýmov pozoruhodná, a to vďaka obrovskému množstvu vodíkov, ktoré majú vo svojej štruktúre v porovnaní s peptidmi alebo sacharidmi..

Hoci existuje niekoľko spôsobov výroby koenzýmov, najdôležitejšou cestou je Krebsov cyklus. Následne sú redukované koenzýmy koncentrované v respiračných reťazcoch umiestnených v mitochondriách, ktoré prenášajú elektróny na kyslík..

Elektronový transportný reťazec je tvorený radom proteínov spojených s membránou, ktoré pumpujú protóny (H +) smerom von (pozri obrázok). Tieto protóny vstupujú opäť cez membránu cez ďalší proteín, ATP syntázu, zodpovednú za syntézu ATP.

Inými slovami, musíme redukovať koenzýmy, viac ADP a vodu generujúcu kyslík a ATP.

Fosforylácia na úrovni substrátu

Fosforylácia na úrovni substrátu nie je tak dôležitá ako mechanizmus opísaný vyššie, a pretože nevyžaduje molekuly kyslíka, je zvyčajne spojená s fermentáciou. Týmto spôsobom, hoci je veľmi rýchly, extrahuje málo energie, ak ho porovnáme s oxidačným procesom, bude to asi pätnásťkrát menej..

V našom tele sa fermentačné procesy vyskytujú na svalovej úrovni. Toto tkanivo môže fungovať bez kyslíka, takže je možné, že molekula glukózy je degradovaná na kyselinu mliečnu (napríklad keď robíme nejakú vyčerpávajúcu športovú aktivitu).

Pri fermentácii má konečný produkt stále energetický potenciál, ktorý sa dá extrahovať. V prípade fermentácie vo svaloch sú uhlíky v kyseline mliečnej na rovnakej úrovni redukcie ako v počiatočnej molekule: glukóza.

Produkcia energie sa teda uskutočňuje tvorbou molekúl, ktoré majú vysokoenergetické väzby, vrátane 1,3-bifosfoglyrátu a fosfoenolpyruvátu..

Pri glykolýze je napríklad hydrolýza týchto zlúčenín spojená s produkciou ATP molekúl, teda termín "na úrovni substrátu"..

Cyklus ATP

ATP sa nikdy neukladá. Je v nepretržitom cykle použitia a syntézy. Týmto spôsobom vzniká rovnováha medzi vytvoreným ATP a jeho hydrolyzovaným produktom, ADP.

Iné molekuly energie

ATP nie je jedinou molekulou zloženou z nukleozidového bifosfátu, ktorý existuje v bunkovom metabolizme. Existuje rad molekúl so štruktúrami podobnými ATP, ktoré majú porovnateľné energetické správanie, aj keď nie sú tak populárne ako ATP.

Najvýraznejším príkladom je GTP, guanozíntrifosfát, ktorý sa používa v známom Krebsovom cykle a glukoneogénnej dráhe. Ďalšie menej používané sú CTP, TTP a UTP.

referencie

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Učebnica ľudskej fyziológie.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall Liečba lekárskej fyziológie. Elsevier Brazília.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Zmluva o výžive: Zloženie a nutričná kvalita potravín. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Základy metabolizmu a výživy. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). biochémie. Redakcia Moderný manuál.
  6. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C. W. (2007). Základy biochémie. Lekárske redakčné Panamericana.