ATP (adenosintrifosfat) struktur, funktioner, hydrolyse



den ATP (adenosintrifosfat) er et organisk molekyle med høj energi bindinger udgjort af en adeninring, en ribose og tre phosphatgrupper. Det har en grundlæggende rolle i metabolisme, da den transporterer den nødvendige energi til at opretholde en række cellulære processer, der virker effektivt.

Det er almindeligt kendt under betegnelsen "energi valuta" siden dens dannelse og bruge opstår let, så "betale" hurtige kemiske reaktioner, der kræver energi.

Selv om molekylet til det blotte øje er lille og simpelt, sparer det en betydelig mængde energi i sine forbindelser. Fosfatgrupperne har negative ladninger, som er i konstant afstødning, hvilket gør den til en labil og let brudt forbindelse.

Hydrolysen af ​​ATP er nedbrydningen af ​​molekylet ved tilstedeværelsen af ​​vand. Gennem denne proces frigives den indeholdte energi.

Der er to hovedkilder til ATP: phosphorylering på substratniveauet og oxidativ phosphorylering, sidstnævnte er den vigtigste og mest anvendte af cellen.

Oxidativ phosphorylering forbinder oxidationen af ​​FADH2 og NADH + H+ i mitochondrierne og substratet niveau phosphorylering finder sted uden elektrontransportkæden, veje, såsom glycolyse og tricarboxylsyrecyklen.

Dette molekyle er ansvarlig for at tilvejebringe den energi, der er nødvendig for de fleste af de processer, der forekommer inde i cellen, fra proteinsyntese til fremdrift, til at finde sted. Derudover tillader det molekylernes trafik gennem membranerne og virker på cellesignaler.

indeks

  • 1 struktur
  • 2 funktioner
    • 2.1 Energiforsyning til transport af natrium og kalium gennem membranen
    • 2.2 Deltagelse i proteinsyntese
    • 2.3 Tilfør energi til fremdrift
  • 3 hydrolyse
    • 3.1 Hvorfor er denne energiudgivelse?
  • 4 Indhentning af ATP
    • 4.1 Oxidativ phosphorylering
    • 4.2 Fosforylering på substratniveau
  • 5 ATP cyklus
  • 6 Andre energimolekyler
  • 7 referencer

struktur

ATP, som navnet antyder, er et nucleotid med tre phosphater. Dets særlige struktur, især de to pyrophosphatbindinger, gør den til en energirig forbindelse. Den består af følgende elementer:

- En nitrogenholdig base, adenin. Nitrogen baser er cykliske forbindelser, som indeholder et eller flere nitrogen i deres struktur. Vi finder dem også som komponenter i nukleinsyrer, DNA og RNA.

- Ribose er placeret i midten af ​​molekylet. Det er et sukker af pentosedetypen, da det har fem carbonatomer. Dens kemiske formel er C5H10O5. Karbonet 1 af ribose er bundet til adeninringen.

- Tre fosfatradikaler. De sidste to er "high energy links" og er repræsenteret i de grafiske strukturer med symbolet på virgulillaen: ~. Fosfatgruppen er en af ​​de vigtigste i biologiske systemer. De tre grupper kaldes alpha, beta og gamma, fra det nærmeste til det fjerneste.

Bindingsområdet er meget labil, så den deler let, hurtigt og spontant, når organismen fysiologiske betingelser kendelsen. Dette sker, fordi de negative fosfatgruppers negative ladninger forsøger at bevæge sig væk fra hinanden hele tiden.

funktioner

ATP spiller en uundværlig rolle i energimetabolismen af ​​stort set alle levende organismer. Af denne grund kaldes det ofte energiminalen, da det kan bruges og genopfyldes kontinuerligt på få minutter..

Direkte eller indirekte giver ATP energien til hundredvis af processer, udover at fungere som en fosfatdonor.

Generelt, ATP fungerer som et signalmolekyle i de processer, der forekommer i cellen, er det nødvendigt at syntetisere komponenterne af DNA og RNA og syntese af andre biomolekyler, deltager i trafikken gennem membranerne, blandt andre.

ATP anvendelser kan opdeles mellem hovedkategorier: transport af molekyler over biologiske membraner, syntesen af ​​forskellige forbindelser og endelig, det mekaniske arbejde.

ATP's funktioner er meget brede. Derudover er det involveret i så mange reaktioner, at det ville være umuligt at navngive dem alle. Derfor vil vi diskutere tre specifikke eksempler for at eksemplificere hver af de tre nævnte anvendelser.

Energiforsyning til transport af natrium og kalium gennem membranen

Cellen er et ekstremt dynamisk miljø, der kræver opretholdelse af specifikke koncentrationer. De fleste molekyler kommer ikke ind i cellen tilfældigt eller tilfældigt. For at et molekyle eller stof skal komme ind, skal det gøres af dets specifikke transportør.

Transportører er proteiner, der krydser membranen og fungerer som cellulære "portvagter", der styrer materialestrømmen. Derfor er membranen semipermeabel: det tillader visse forbindelser at komme ind, og andre gør det ikke.

En af de mest kendte transporter er natrium-kaliumpumpen. Denne mekanisme er klassificeret som en aktiv transport, som sker bevægelsen af ​​ioner mod deres koncentrationer og den eneste måde at udføre denne bevægelse er ved sætte energi i systemet, i ATP.

Det anslås, at en tredjedel af den dannede ATP i cellen anvendes til at holde pumpen aktiv. Natriumioner pumpes konstant til celleudvendelsen, mens kaliumioner gør det i omvendt retning.

Logisk er anvendelsen af ​​ATP ikke begrænset til transport af natrium og kalium. Der er andre ioner, som f.eks. Calcium, magnesium, der har brug for denne energi valuta at komme ind.

Deltagelse i proteinsyntese

Proteinmolekyler dannes af aminosyrer, der er bundet sammen ved hjælp af peptidbindinger. For at danne dem kræves det at bryde fire high-energy-obligationer. Med andre ord skal et betydeligt antal ATP-molekyler hydrolyseres til dannelse af et protein med gennemsnitlig længde.

Syntesen af ​​proteiner forekommer i strukturer kaldet ribosomer. Disse er i stand til at fortolke den kode, messenger-RNA og translateres til en aminosyresekvens, ATP-afhængig proces.

I de mest aktive celler kan proteinsyntese rette op til 75% af ATP syntetiseret i dette vigtige arbejde.

På den anden side syntetiserer cellen ikke blot proteiner, den har også lipider, kolesterol og andre uundværlige stoffer, og for at gøre det kræves den energi, der er indeholdt i ATP-bindingerne..

Giv energi til lokomotion

Mekanisk arbejde er en af ​​de vigtigste funktioner i ATP. For eksempel for at vores krop skal kunne udføre sammentrækningen af ​​muskelfibre, er tilgængeligheden af ​​store mængder energi nødvendig.

I muskler, kan det omdanne kemisk energi til mekanisk energi gennem omorganisering af proteiner i stand sammentrækning, der danner. Længden af ​​disse strukturer ændres, forkortes, hvilket skaber en spænding, der resulterer i bevægelsesgenerering.

I andre organismer forekommer bevægelsen af ​​celler også takket være ATP's tilstedeværelse. For eksempel forekommer bevægelsen af ​​cilia og flagella, der tillader forskydning af bestemte enhjulede organismer, ved anvendelse af ATP.

En anden bestemt bevægelse er den amoebiske, der involverer fremspringet af et pseudopod ved cellens ender. Flere celletyper anvender denne bevægelsesmekanisme, herunder leukocytter og fibroblaster.

I tilfælde af kimceller er fremdrift afgørende for den effektive udvikling af embryoet. Embryonceller flytter vigtige afstande fra deres oprindelsessted til det område, hvor de skal stamme fra bestemte strukturer.

hydrolyse

Hydrolysen af ​​ATP er en reaktion, der involverer nedbrydningen af ​​molekylet ved tilstedeværelsen af ​​vand. Reaktionen er repræsenteret som følger:

ATP + Vand ⇋ ADP + Pjeg + energi. Hvor, udtrykket Pjeg det refererer til gruppen af ​​uorganisk phosphat og ADP er adenosindiphosphat. Bemærk at reaktionen er reversibel.

Hydrolysen af ​​ATP er et fænomen, der indebærer frigivelse af en enorm mængde energi. Bryde nogen pyrophosphater links resulterer i frigivelse af 7 kcal per mol - specielt 7,3 af ATP til ADP og 8,2 til frembringelse af adenosinmonophosphat (AMP) fra ATP. Dette svarer til 12.000 kalorier pr. Mol ATP.

Hvorfor opstår denne frigivelse af energi??

Fordi hydrolyseprodukterne er meget stabile end den oprindelige forbindelse, det vil sige ATP.

Det er nødvendigt at nævne, at kun den hydrolyse der forekommer på pyrophosphatbindinger for at give anledning til dannelsen af ​​ADP eller AMP fører til en generation af energi i vigtige mængder.

Hydrolyse af de andre bindinger i molekylet giver ikke så meget energi, bortset fra hydrolysen af ​​uorganisk pyrophosphat, som har en stor mængde energi.

Frigivelse af energi fra disse reaktioner anvendes til udførelse metaboliske reaktioner i cellen, eftersom mange af disse processer kræver strøm til at drive både i de indledende faser af nedbrydningsveje som i biosyntesen af ​​forbindelser.

For eksempel involverer glukosemetabolismen de første trin phosphoryleringen af ​​molekylet. I de følgende trin genereres nye ATP for at opnå en positiv nettovinst.

Fra den energi synspunkt, er der andre molekyler, som frigiver energi er større end ATP, herunder 1,3.bifosfoglicerato, den carbamyl, creatininfosfato og phosphoenolpyruvat.

Indhentning af ATP

ATP kan opnås ved to ruter: oxidativ phosphorylering og phosphorylering på substratniveau. Den første kræver ilt, mens den anden ikke behøver det. Ca. 95% af den dannede ATP forekommer i mitokondrierne.

Oxidativ phosphorylering

Oxidativ phosphorylering indebærer en proces med oxidation af næringsstoffer i to faser: opnåelse af reducerede coenzymer NADH og FADH2 derivater af vitaminer.

Reduktionen af ​​disse molekyler kræver anvendelse af hydrogener fra næringsstoffer. I fedtstoffer er produktion af coenzymer bemærkelsesværdigt takket være den enorme mængde hydrogener, de har i deres struktur sammenlignet med peptider eller med kulhydrater.

Selvom der findes flere måder at producere coenzymer på, er den vigtigste rute Krebs-cyklen. Efterfølgende koncentreres de reducerede coenzymer i respiratoriske kæder placeret i mitokondrier, som overfører elektronerne til ilt.

Elektrontransportkæden er dannet af en række proteiner koblet til membranen, som pumper protoner (H +) på ydersiden (se billede). Disse protoner ind igen krydser membranen gennem et andet protein, ATP syntase, der er ansvarlig for syntesen af ​​ATP.

Med andre ord skal vi reducere coenzymer, mere ADP og iltgenerering af vand og ATP.

Fosforylering på substratniveau

Fosforylering på substratniveauet er ikke så vigtig som mekanismen beskrevet ovenfor, og da den ikke kræver iltmolekyler, er den normalt forbundet med fermentering. På denne måde, selv om det er meget hurtigt, udtrækkes lille energi, hvis vi sammenligner det med oxidationsprocessen, ville det være omkring femten gange mindre.

I vores krop forekommer fermentative processer på muskelniveauet. Dette væv kan fungere uden ilt, så det er muligt, at et glukosemolekyle nedbrydes til mælkesyre (når vi for eksempel udøver en udtømmende sportsaktivitet).

I fermenteringer har det endelige produkt stadig energi potentiale, der kan ekstraheres. I tilfælde af fermentering i muskler er carbonerne i mælkesyre på samme niveau af reduktion som dem i det oprindelige molekyle: glucose.

Således forekommer energiproduktionen ved dannelsen af ​​molekyler, der har høj energiobligationer, herunder 1,3-biphosphoglirat og phosphoenolpyruvat.

I glycolyse er for eksempel hydrolysen af ​​disse forbindelser bundet til produktionen af ​​ATP-molekyler, hvorfor udtrykket "på substratniveauet".

ATP cyklus

ATP gemmes aldrig. Det er i en kontinuerlig brugscyklus og syntese. På denne måde skabes en balance mellem det dannede ATP og dets hydrolyserede produkt, ADP'en.

Andre energimolekyler

ATP er ikke det eneste molekyle sammensat af nukleosidbiphosphat, der eksisterer i cellulær metabolisme. Der er en række molekyler med strukturer svarende til ATP, der har en sammenlignelig energiadfærd, selv om de ikke er så populære som ATP.

Det mest fremragende eksempel er GTP, guanosintrifosfat, som anvendes i den kendte Krebs-cyklus og i den glukoneogene vej. Andre mindre brugte er CTP, TTP og UTP.

referencer

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Lærebog af human fysiologi.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall afhandling om medicinsk fysiologi. Elsevier Brasilien.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Ernæringstraktat: Sammensætning og Ernæringsmæssig Kvalitet af Fødevarer. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Det væsentlige i stofskifte og ernæring. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). biokemi. Editorial The Modern Manual.
  6. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2007). Grundlag for biokemi. Medicinsk Editorial Panamericana.