ATP (adenozin trifosfat) yapısı, fonksiyonları, hidrolizi



ATP (adenozin trifosfat) bir adenin halkası, bir riboz ve üç fosfat grubu tarafından oluşturulan yüksek enerjili bağlara sahip organik bir moleküldür. Metabolizmada temel bir rolü vardır, çünkü verimli bir şekilde çalışan bir dizi hücresel işlemi sürdürmek için gerekli enerjiyi taşır..

Enerji para birimi olarak bilinir, çünkü oluşumu ve kullanımı kolayca gerçekleşir ve enerji gerektiren kimyasal reaksiyonları hızlı bir şekilde "ödemeye" izin verir..

Çıplak göze olan molekül küçük ve basit olmasına rağmen, bağlantılarında önemli miktarda enerji tasarrufu sağlar. Fosfat grupları, sabit itişli negatif yüklere sahiptir, bu da kararsız ve kolayca kırılan bir bağlantı yapar..

ATP'nin hidrolizi, molekülün suyun varlığında parçalanmasıdır. Bu işlem sayesinde içerilen enerji serbest kalır..

İki ana ATP kaynağı vardır: substrat seviyesinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon, ikincisi hücre tarafından en önemli ve en çok kullanılan.

Oksidatif fosforilasyon, FADH'nin oksidasyonunu birleştirir2 ve NADH + H+ mitokondri ve substrat seviyesinde fosforilasyon, elektron taşıma zincirinin dışında, glikoliz ve trikarboksilik asit döngüsü gibi yollarda meydana gelir..

Bu molekül, hücre içerisinde gerçekleşen, protein sentezinden lokomosyona kadar gerçekleşen işlemlerin çoğunda gerekli enerjiyi sağlamaktan sorumludur. Ek olarak, moleküllerin membranlardan geçmesine izin verir ve hücre sinyalleşmesine etki eder..

indeks

  • 1 yapı
  • 2 İşlev
    • 2.1 Sodyum ve potasyumun membrandan taşınması için enerji temini
    • 2.2 Protein sentezine katılım
    • 2.3 Lokomosyon için tedarik enerjisi
  • 3 Hidroliz
    • 3.1 Bu enerji salımı neden oluşur??
  • 4 ATP'yi Alma
    • 4.1 Oksidatif fosforilasyon
    • 4.2 Substrat seviyesinde fosforilasyon
  • 5 ATP Döngüsü
  • 6 Diğer enerji molekülleri
  • 7 Kaynakça

yapı

ATP, adından da anlaşılacağı gibi, üç fosfat içeren bir nükleotittir. Özel yapısı, özellikle iki pirofosfat bağı, onu enerji bakımından zengin bir bileşik yapar. Aşağıdaki unsurlardan oluşur:

- Azotlu bir baz, aden. Azotlu bazlar, yapılarında bir veya daha fazla azot içeren siklik bileşiklerdir. Bunları ayrıca nükleik asitler, DNA ve RNA'daki bileşenler olarak da buluruz..

- Riboz molekülün merkezinde bulunur. Beş karbon atomu içerdiğinden pentoz tipinde bir şekerdir. Kimyasal formülü C5'H10Ey5. Ribozun karbon 1'i adenin halkasına bağlanır.

- Üç fosfat radikali. Son ikisi "yüksek enerjili bağlantılar" dır ve grafik yapılarda virgulilla sembolü ile temsil edilir: Fosfat grubu biyolojik sistemlerde en önemlilerinden biridir. Üç gruba en yakından en uzak noktaya alfa, beta ve gama denir..

Bu bağ çok değişkendir, bu nedenle organizmanın fizyolojik koşulları tarafından garanti edildiğinde hızlı, kolay ve kendiliğinden ayrılır. Bunun nedeni, üç fosfat grubunun negatif yüklerinin sürekli olarak birbirlerinden uzaklaşmaya çalışmasıdır..

fonksiyonlar

ATP, neredeyse tüm canlı organizmaların enerji metabolizmasında vazgeçilmez bir rol oynar. Bu nedenle, sadece birkaç dakika içinde sürekli olarak harcanıp doldurulabildiğinden, genellikle enerji para birimi olarak adlandırılır..

Doğrudan veya dolaylı olarak ATP, fosfat verici olarak davranmanın yanı sıra yüzlerce işlem için de enerji sağlar..

Genel olarak, ATP hücrenin içinde gerçekleşen süreçlerde bir sinyal molekülü görevi görür, DNA ve RNA bileşenlerini sentezlemek ve diğer biyomoleküllerin sentezi için trafiğe katılır. membranlar, diğerleri arasında.

ATP'nin kullanım alanları ana kategorilere ayrılabilir: moleküllerin biyolojik zarlardan taşınımı, çeşitli bileşiklerin sentezi ve son olarak mekanik işler.

ATP'nin işlevleri çok geniştir. Buna ek olarak, birçok ismin hepsine isimlendirmenin imkansız olacağı pek çok tepki ile de ilgilidir. Bu nedenle, söz konusu üç kullanımın her birini örneklemek için üç spesifik örneği tartışacağız..

Sodyum ve potasyumun membrandan taşınması için enerji temini

Hücre, belirli konsantrasyonların korunmasını gerektiren oldukça dinamik bir ortamdır. Çoğu molekül hücreye rasgele veya rasgele girmez. Bir molekül veya maddenin girmesi için, bunu kendi taşıyıcı maddesi ile yapması gerekir..

Taşıyıcılar, zardan geçen ve malzemelerin akışını kontrol eden hücresel "kapı bekçileri" olarak işlev gören proteinlerdir. Bu nedenle, zar yarı geçirgendir: bazı bileşiklerin girmesine izin verir, diğerleri girmez.

En iyi bilinen taşımalardan biri, sodyum-potasyum pompasıdır. Bu mekanizma aktif bir taşıma olarak sınıflandırılır, çünkü iyonların hareketi konsantrasyonlarına karşı gerçekleşir ve bu hareketi gerçekleştirmenin tek yolu, ATP şeklinde sisteme enerji vermektir..

Hücrede oluşan ATP'nin üçte birinin pompayı aktif tutmak için kullanıldığı tahmin edilmektedir. Sodyum iyonları sürekli hücre dışına pompalanırken, potasyum iyonları bunu tersten yapar.

Mantıken, ATP kullanımı sodyum ve potasyum taşınması ile sınırlı değildir. Diğerleri arasında, kalsiyum, magnezyum gibi diğer iyonların girmesi için bu enerji para birimine ihtiyacı vardır..

Protein sentezine katılım

Protein molekülleri, peptit bağlarıyla birbirine bağlanmış amino asitlerden oluşur. Onları oluşturmak için dört tane yüksek enerjili bağın kopması gerekir. Başka bir deyişle, ortalama uzunluktaki bir proteinin oluşması için kayda değer miktarda ATP molekülü hidrolize edilmelidir.

Proteinlerin sentezi ribozom denilen yapılarda meydana gelir. Messenger RNA'sının sahip olduğu kodu yorumlayabilir ve ATP'ye bağımlı bir işlem olan bir amino asit dizisine çevirebilirler..

En aktif hücrelerde, protein sentezi bu önemli çalışmada sentezlenen ATP'nin% 75'ine kadar yönlendirebilir.

Öte yandan, hücre sadece proteinleri sentezlemekle kalmaz, ayrıca lipitlere, kolesterole ve diğer vazgeçilmez maddelere ihtiyaç duyar ve bunun için ATP bağlarında bulunan enerjiyi gerektirir..

Hareket için enerji sağlamak

Mekanik iş, ATP'nin en önemli işlevlerinden biridir. Örneğin, vücudumuzun kas liflerinin kasılmasını gerçekleştirebilmesi için büyük miktarda enerji bulunması gerekir.

Kasta, kimyasal enerji, onu oluşturan büzülme kapasitesine sahip proteinlerin yeniden düzenlenmesi sayesinde mekanik enerjiye dönüştürülebilir. Bu yapıların uzunluğu değiştirilir, kısaltılır, bu da hareket oluşumuyla sonuçlanan bir gerginlik yaratır.

Diğer organizmalarda, hücrelerin hareketi de ATP'nin varlığı sayesinde gerçekleşir. Örneğin, belirli tek hücreli organizmaların yer değiştirmesine izin veren kirpikler ve flagellaların hareketi, ATP kullanımı yoluyla gerçekleşir..

Bir başka özel hareket, hücre uçlarında bir psödopodun çıkıntısını içeren amiptir. Çeşitli hücre tipleri lökositler ve fibroblastlar dahil olmak üzere bu hareket mekanizmasını kullanır.

Mikrop hücrelerinde embriyonun etkin gelişimi için lokomosyon esastır. Embriyonik hücreler, önemli mesafeleri menşe yerlerinden belirli yapıları köken almaları gereken bölgeye taşır..

hidroliz

ATP'nin hidrolizi, molekülün suyun varlığında parçalanmasını içeren bir reaksiyondur. Reaksiyon aşağıdaki gibi temsil edilir:

ATP + Su ⇋ ADP + Pben + enerjisi. Nerede, P terimiben inorganik fosfat grubunu ifade eder ve ADP, adenozin difosfattır. Reaksiyonun geri dönüşümlü olduğuna dikkat edin..

ATP'nin hidrolizi, muazzam miktarda enerjinin salınımını içeren bir olgudur. Herhangi bir pirofosfat bağının kopması, mol başına 7 kcal - özellikle ATP'nin 7.3'ten ADP'ye ve 8.2'nin, ATP'den adenosin monofosfat (AMP) üretimi için salınmasına neden olur. Bu ATP mol başına 12.000 kaloriye eşittir.

Bu enerji salımı neden oluşur??

Çünkü hidroliz ürünleri ilk bileşikten, yani ATP'den çok daha stabildir..

Sadece ADP veya AMP oluşumuna yol açan pirofosfat bağlarında meydana gelen hidrolizin önemli miktarlarda enerji üretimine neden olduğunu belirtmek gerekir..

Moleküldeki diğer bağların hidrolizi, büyük miktarda enerjiye sahip inorganik pirofosfatın hidrolizi dışında, o kadar enerji sağlamaz..

Bu reaksiyonlardan enerjinin salınımı, hücre içindeki metabolik reaksiyonları gerçekleştirmek için kullanılır, çünkü bu işlemlerin birçoğu, hem degradasyon yollarının ilk aşamalarında hem de bileşiklerin biyosentezinde, işlev görmek için enerjiye ihtiyaç duyar..

Örneğin, glukoz metabolizmasında, ilk adımlar molekülün fosforilasyonunu içerir. Aşağıdaki adımlarda, pozitif bir net kazanç elde etmek için yeni ATP üretilir.

Enerji bakış açısından, 1,3-bifosfogliserat, karbamil fosfat, kreatinin fosfat ve fosfoenolpiruvat dahil olmak üzere, enerji salımı ATP'den daha büyük olan başka moleküller vardır..

ATP’yi edinmek

ATP iki yoldan elde edilebilir: oksidatif fosforilasyon ve substrat seviyesinde fosforilasyon. Birincisi oksijen isterken ikincisi buna ihtiyaç duymaz. Oluşan ATP'nin yaklaşık% 95'i mitokondride meydana gelir..

Oksidatif fosforilasyon

Oksidatif fosforilasyon, besinlerin iki fazda oksidasyon sürecini içerir: azaltılmış koenzimlerin NADH ve FADH elde edilmesi2 vitamin türevleri.

Bu moleküllerin indirgenmesi, besinlerden hidrojenlerin kullanımını gerektirir. Yağlarda, koenzimlerin üretimi, yapılarında sahip oldukları muazzam miktarda hidrojenler sayesinde, peptidlerle veya karbonhidratlarla karşılaştırıldığında dikkat çekicidir..

Koenzimler üretmenin birkaç yolu olmasına rağmen, en önemli rota Krebs döngüsüdür. Daha sonra, indirgenmiş koenzimler, mitokondride yer alan solunum zincirlerinde yoğunlaşarak elektronları oksijene transfer eder..

Elektron taşıma zinciri, protonları (H +) dışarıya pompalayan zara bağlanmış bir dizi protein tarafından oluşturulur (resme bakınız). Bu protonlar, yine ATP'nin sentezinden sorumlu başka bir protein olan ATP sentazdan membrandan geçerler..

Başka bir deyişle, koenzimleri azaltmak zorundayız, daha fazla ADP ve oksijen su ve ATP üretir.

Substrat seviyesinde fosforilasyon

Substrat seviyesindeki fosforilasyon, yukarıda açıklanan mekanizma kadar önemli değildir ve oksijen molekülleri gerektirmediğinden, genellikle fermantasyonla ilişkilendirilir. Bu şekilde, çok hızlı olmasına rağmen, çok az enerji çıkarır, eğer oksidasyon işlemiyle karşılaştırırsak, on beş kat daha az olur..

Vücudumuzda, fermantatif işlemler kas düzeyinde gerçekleşir. Bu doku oksijen olmadan işlev görebilir, bu nedenle bir glikoz molekülünün laktik aside indirgenmesi mümkündür (örneğin, bazı yoğun spor aktiviteleri yaparken).

Fermantasyonlarda, nihai ürün hala çıkarılabilecek enerji potansiyeline sahiptir. Kasta fermentasyon durumunda, laktik asitte bulunan karbonlar, başlangıç ​​molekülündeki ile aynı seviyededir: glukoz.

Böylece, enerji üretimi, 1,3-bifosfoligrat ve fosfoenolpiruvat dahil olmak üzere, yüksek enerji bağlarına sahip moleküllerin oluşumu ile gerçekleşir..

Glikolizde, örneğin, bu bileşiklerin hidrolizi, ATP moleküllerinin üretimi ile bağlantılıdır, bu nedenle "substrat seviyesinde" terimi.

ATP Döngüsü

ATP asla saklanmaz. Sürekli bir kullanım ve sentez döngüsündedir. Bu şekilde, oluşturulan ATP ile hidrolize ürünü ADP arasında bir denge yaratılır..

Diğer enerji molekülleri

ATP, hücresel metabolizmada var olan nükleosid bifosfattan oluşan tek molekül değildir. ATP'ye benzer yapıları olan ve karşılaştırılabilir enerji davranışına sahip olan, ATP kadar popüler olmasalar da, bir dizi molekül vardır..

En göze çarpan örnek, bilinen Krebs döngüsünde ve glukoneojenik yolda kullanılan guanosin trifosfattır. Daha az kullanılanlar ise CTP, TTP ve UTP'dir..

referanslar

  1. Guyton, A.C., ve Hall, J.E. (2000). İnsan fizyolojisi ders kitabı.
  2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall Tıbbi Fizyoloji Üzerine İnceleme. Elsevier Brezilya.
  3. Hernandez, A.G.D. (2010). Beslenme Antlaşması: Besinlerin Kompozisyonu ve Beslenme Kalitesi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Metabolizma ve beslenmedeki temeller. Elsevier.
  5. Pratt, C.W., ve Kathleen, C. (2012). biokimya. Editoryal Modern El Kitabı.
  6. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2007). Biyokimyanın Temelleri. Tıbbi Editoryal Panamericana.