ATP (ADENOSINE TRIPHOSPHATE): ISTRAKTURA, PAG-ANDAR, HYDROLYSIS - BIOLOGY - 2025

Ang ATP (adenosine triphosphate) ay isang organikong molekula na may mataas na mga bono ng enerhiya na nabuo ng isang singsing ng adenine, ribose at tatlong pangkat na pospeyt. Ito ay may isang pangunahing papel sa metabolismo, dahil inililipat nito ang enerhiya na kinakailangan upang mapanatili ang isang serye ng mga proseso ng cellular na gumagana nang mahusay.

Ito ay malawak na kilala sa pamamagitan ng salitang "enerhiya ng pera", dahil ang pagbuo at paggamit nito ay nangyayari madali, na pinapayagan itong mabilis na "magbayad" para sa mga reaksyong kemikal na nangangailangan ng enerhiya.

Pinagmulan: Ni Gumagamit: Mysid (Ginawa ng sarili sa bkchem; na-edit sa perl.), Via Wikimedia Commons

Bagaman maliit at simple ang molekula sa hubad na mata, nag-iimbak ito ng isang malaking halaga ng enerhiya sa mga bono nito. Ang mga pangkat na Phosphate ay may negatibong singil, na kung saan ay patuloy na pag-aalis, ginagawa itong isang labile na labile na madaling masira.

Ang hydrolysis ng ATP ay ang pagkasira ng molekula sa pamamagitan ng pagkakaroon ng tubig. Sa pamamagitan ng prosesong ito ang nakapaloob na enerhiya ay pinakawalan.

Mayroong dalawang pangunahing mapagkukunan ng ATP: posporasyon sa antas ng substrate at ang oxidative phosphorylation, ang huli ang pinakamahalaga at pinaka ginagamit ng cell.

Ang mag-asidong phosphorylation ng mag-asido ang oksihenasyon ng FADH ₂ at NADH + H ⁺ sa mitochondria at phosphorylation sa antas ng substrate ay nangyayari sa labas ng chain chain ng electron, sa mga daanan tulad ng glycolysis at ang siklo ng tricarboxylic acid.

Ang molekulang ito ay responsable para sa pagbibigay ng enerhiya na kinakailangan para sa karamihan ng mga proseso na nagaganap sa loob ng cell na magaganap, mula sa synthesis ng protina hanggang sa lokomosyon. Bilang karagdagan, pinapayagan nito ang trapiko ng mga molekula sa pamamagitan ng mga lamad at kumikilos sa pagbibigay ng senyas sa cell.

Istraktura

Ang ATP, tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan nito, ay isang nucleotide na may tatlong pospeyt. Ang partikular na istraktura nito, partikular ang dalawang bono ng pyrophosphate, ginagawa itong isang compound na mayaman sa enerhiya. Binubuo ito ng mga sumusunod na elemento:

- Isang nitrogenous base, adenine. Ang mga base ng nitrogen ay mga compound ng cyclic na naglalaman ng isa o higit pang nitrogen sa kanilang istraktura. Natagpuan din namin ang mga ito bilang mga sangkap sa mga nucleic acid, DNA, at RNA.

- Ang Ribose ay matatagpuan sa gitna ng molekula. Ito ay isang asukal na uri ng pentose, dahil mayroon itong limang mga atom na carbon. Ang formula ng kemikal nito ay C ₅ H ₁₀ O ₅ . Ang carbon 1 ng ribosa ay nakakabit sa singsing ng adenine.

- Tatlong pospeyt radikal. Ang huling dalawa ay ang "mataas na bono ng enerhiya" at kinakatawan sa mga graphical na istruktura ng simbolo ng ikiling: ~. Ang pangkat na pospeyt ay isa sa pinakamahalaga sa mga biological system. Ang tatlong pangkat ay tinatawag na alpha, beta at gamma, mula sa pinakamalapit hanggang sa pinakamalayo.

Ang link na ito ay napaka labile, kaya hinati nito nang mabilis, madali at kusang kapag ginagarantiyahan ito ng mga kondisyon ng physiological. Nangyayari ito dahil ang negatibong singil ng tatlong grupo ng pospeyt ay patuloy na sumusubok na lumayo sa bawat isa.

Mga Tampok

Ang ATP ay gumaganap ng isang napakahalagang papel sa metabolismo ng enerhiya ng halos lahat ng mga nabubuhay na organismo. Para sa kadahilanang ito, madalas itong tinutukoy bilang isang pera sa enerhiya, dahil maaari itong patuloy na gugugol at magdagdag muli sa loob lamang ng ilang minuto.

Direkta o hindi tuwiran, ang ATP ay nagbibigay ng enerhiya para sa daan-daang mga proseso, bilang karagdagan sa pagkilos bilang isang donor na pospeyt.

Sa pangkalahatan, ang ATP ay kumikilos bilang isang senyas na molekula sa mga proseso na nangyayari sa loob ng cell, kinakailangan upang synthesize ang mga sangkap ng DNA at RNA at para sa synthesis ng iba pang mga biomolecules, nakikilahok ito sa trafficking sa pamamagitan ng lamad, bukod sa iba pa.

Ang mga paggamit ng ATP ay maaaring nahahati sa mga pangunahing kategorya: transportasyon ng mga molekula sa pamamagitan ng biological membranes, ang synthesis ng iba't ibang mga compound at sa wakas, gawaing mekanikal.

Malawak ang mga pag-andar ng ATP. Bukod dito, kasangkot ito sa napakaraming reaksyon na imposible na pangalanan silang lahat. Samakatuwid, tatalakayin natin ang tatlong tiyak na mga halimbawa upang maipakita ang bawat isa sa tatlong nabanggit na paggamit.

Ang supply ng enerhiya para sa sodium at potassium transport sa buong lamad

Ang cell ay isang lubos na dinamikong kapaligiran na nangangailangan ng pagpapanatili ng mga tiyak na konsentrasyon. Karamihan sa mga molekula ay hindi pinapasok ang cell nang random o sinasadya. Para sa isang molekula o sangkap na ipasok, dapat itong gawin sa pamamagitan ng tiyak na transporter nito.

Ang mga transporter ay mga protina-spanning protein na gumaganap bilang cell "gatekeepers", na kinokontrol ang daloy ng mga materyales. Samakatuwid, ang lamad ay semi-natatagusan: pinapayagan nito ang ilang mga compound na pumasok at ang iba ay hindi.

Ang isa sa mga kilalang transportasyon ay ang sodium-potassium pump. Ang mekanismong ito ay inuri bilang aktibong transportasyon, dahil ang paggalaw ng mga ions ay nangyayari laban sa kanilang konsentrasyon at ang tanging paraan upang maisagawa ang kilusang ito ay sa pamamagitan ng pagpapakilala ng enerhiya sa system, sa anyo ng ATP.

Tinatayang ang isang third ng ATP na nabuo sa cell ay ginagamit upang mapanatiling aktibo ang pump. Ang mga ion ng sodium ay patuloy na pumped sa labas ng cell, habang ang mga potassium potassium ay pumped sa reverse direksyon.

Logically, ang paggamit ng ATP ay hindi limitado sa transportasyon ng sodium at potassium. Mayroong iba pang mga ion, tulad ng kaltsyum, magnesiyo, bukod sa iba pa, na nangangailangan ng lakas ng pera na ito upang makapasok.

Pakikilahok sa synt synthesis

Ang mga molekula ng protina ay binubuo ng mga amino acid, na pinagsama ng mga bono ng peptide. Upang mabuo ang mga ito ay nangangailangan ng pagsira ng apat na mga bono na may mataas na enerhiya. Sa madaling salita, ang isang mumunti na bilang ng mga molekulang ATP ay dapat na hydrolyzed para sa pagbuo ng isang protina ng average na haba.

Ang synthesis ng protina ay nangyayari sa mga istruktura na tinatawag na ribosom. Nagagawa nitong bigyang kahulugan ang code na mayroon ang messenger RNA at isinalin ito sa isang amino acid na pagkakasunud-sunod, isang proseso na umaasa sa ATP.

Sa mga pinaka-aktibong mga cell, ang synthesis ng protina ay maaaring magdirekta hanggang sa 75% ng ATP na synthesized sa mahalagang gawaing ito.

Sa kabilang banda, ang cell ay hindi lamang synthesize ng mga protina, nangangailangan din ito ng lipid, kolesterol, at iba pang mahahalagang sangkap at gawin ito ay nangangailangan ng enerhiya na nilalaman sa mga bono ng ATP.

Magbigay ng enerhiya para sa lokomosyon

Ang gawaing mekanikal ay isa sa pinakamahalagang pag-andar ng ATP. Halimbawa, para sa ating katawan na maisakatuparan ang pag-urong ng mga fibers ng kalamnan, kinakailangan ang pagkakaroon ng maraming lakas.

Sa kalamnan, ang enerhiya ng kemikal ay maaaring mabago sa mekanikal na enerhiya salamat sa muling pag-aayos ng mga protina na may kakayahang kumontrata na bumubuo nito. Ang haba ng mga istrukturang ito ay binago, pinaikling, na lumilikha ng isang pag-igting na isinasalin sa henerasyon ng paggalaw.

Sa iba pang mga organismo, ang paggalaw ng mga cell ay nangyayari din salamat sa pagkakaroon ng ATP. Halimbawa, ang paggalaw ng cilia at flagella na nagpapahintulot sa paglilipat ng ilang mga unicellular organism ay nangyayari sa pamamagitan ng paggamit ng ATP.

Ang isa pang partikular na kilusan ay ang amoebic na nagsasangkot sa protrusion ng isang pseudopod sa pagtatapos ng cell. Maraming mga uri ng cell ang gumagamit ng mekanismong lokomosyon na ito, kabilang ang mga leukocytes at fibroblast.

Sa kaso ng mga cell ng mikrobyo, ang locomotion ay mahalaga para sa epektibong pag-unlad ng embryo. Ang mga cell ng Embryonic ay naglalakbay ng mahahalagang distansya mula sa kanilang lugar na pinagmulan sa rehiyon kung saan dapat silang magmula ng mga tiyak na istruktura.

Hydrolysis

Ang hydrolysis ng ATP ay isang reaksyon na nagsasangkot ng pagkasira ng molekula sa pamamagitan ng pagkakaroon ng tubig. Ang reaksyon ay kinakatawan ng mga sumusunod:

ATP + Tubig ⇋ ADP + P _i + enerhiya. Kung saan, ang salitang P _{i ay} tumutukoy sa hindi organikong pangkat na pospeyt at ang ADP ay adenosine diphosphate. Tandaan na ang reaksyon ay maaaring baligtarin.

Ang hydrolysis ng ATP ay isang kababalaghan na nagsasangkot ng pagpapalabas ng isang napakalawak na dami ng enerhiya. Ang pagsira ng alinman sa mga bono ng pyrophosphate ay nagreresulta sa pagpapalabas ng 7 kcal bawat taling - partikular na 7.3 mula sa ATP hanggang ADP at 8.2 para sa paggawa ng adenosine monophosphate (AMP) mula sa ATP. Ito ay katumbas ng 12,000 calories bawat mol ng ATP.

Bakit nangyayari ang paglabas ng enerhiya na ito?

Dahil ang mga produktong hydrolysis ay mas matatag kaysa sa paunang tambalan, iyon ay, ATP.

Dapat itong banggitin na ang hydrolysis lamang na nangyayari sa mga bono ng pyrophosphate na magbabangon sa pagbuo ng ADP o AMP ay humahantong sa henerasyon ng enerhiya sa mga makabuluhang dami.

Ang hydrolysis ng iba pang mga bono sa molekula ay hindi nagbibigay ng maraming enerhiya, maliban sa hydrolysis ng hindi organikong pyrophosphate, na may malaking dami ng enerhiya.

Ang pagpapalabas ng enerhiya mula sa mga reaksyong ito ay ginagamit upang isagawa ang metabolic reaksyon sa loob ng cell, dahil marami sa mga prosesong ito ang nangangailangan ng enerhiya upang gumana, kapwa sa mga paunang hakbang ng mga ruta ng marawal na kalagayan at sa biosynthesis ng mga compound. .

Halimbawa, sa metabolismo ng glucose, ang mga unang hakbang ay nagsasangkot ng phosphorylation ng molekula. Sa mga sumusunod na hakbang, ang bagong ATP ay nabuo, upang makakuha ng isang positibong netong kita.

Mula sa punto ng enerhiya, mayroong iba pang mga molekula na ang enerhiya ng paglabas ay mas malaki kaysa sa ATP, kabilang ang 1,3-bisphosphoglycerate, carbamylphosphate, creatinine phosphate at phosphoenolpyruvate.

Pagkuha ng ATP

Ang ATP ay maaaring makuha sa pamamagitan ng dalawang ruta: oxidative phosphorylation at phosphorylation sa antas ng substrate. Ang dating ay nangangailangan ng oxygen habang ang huli ay hindi. Halos 95% ng nabuo na ATP ay nangyayari sa mitochondria.

Oxidative phosphorylation

Ang Oxidative phosphorylation ay nagsasangkot ng isang dalawang-phase na proseso ng nutrient na oksihenasyon: pagkuha ng nabawasan na coenzymes NADH at FADH _{2 na} nagmula sa mga bitamina.

Ang pagbawas ng mga molekulang ito ay nangangailangan ng paggamit ng mga hydrogen mula sa mga sustansya. Sa mga taba, ang paggawa ng mga coenzyme ay kapansin-pansin, salamat sa napakalaking halaga ng mga hydrogens na mayroon sila sa kanilang istraktura, kumpara sa mga peptides o karbohidrat.

Bagaman mayroong maraming mga daanan ng paggawa ng coenzyme, ang pinakamahalagang ruta ay ang ikot ng Krebs. Kasunod nito, ang nabawasan na coenzyme ay puro sa mga chain ng paghinga na matatagpuan sa mitochondria, na naglilipat ng mga electron sa oxygen.

Ang chain ng transportasyon ng elektron ay binubuo ng isang serye ng mga protina-kaisa ng mga protina na nagbubomba ng mga proton (H +) sa labas (tingnan ang imahe). Ang mga proton na ito ay pumapasok at muling tinatawid ang lamad sa pamamagitan ng isa pang protina, ATP synthase, na responsable para sa synthesis ng ATP.

Sa madaling salita, kailangan nating bawasan ang mga coenzyme, mas maraming ADP at oxygen na bumubuo ng tubig at ATP.

Pinagmulan: Ni Bustamante Yess, mula sa Wikimedia Commons

Substrate antas ng phosphorylation

Ang posporusasyon sa antas ng substrate ay hindi mahalaga tulad ng mekanismo na inilarawan sa itaas at, dahil hindi ito nangangailangan ng mga molecule ng oxygen, madalas itong nauugnay sa pagbuburo. Sa ganitong paraan, kahit na napakabilis nito, kumukuha ng kaunting enerhiya, kung ihahambing natin ito sa proseso ng oksihenasyon ay halos labinlimang beses na mas kaunti.

Sa ating katawan, ang mga proseso ng pagbuburo ay nangyayari sa antas ng kalamnan. Ang tisyu na ito ay maaaring gumana nang walang oxygen, kaya posible na ang isang molekula ng glucose ay pinapahina sa lactic acid (kung ginagawa namin ang ilang mga nakagawalang aktibidad sa palakasan, halimbawa).

Sa pagbuburo, ang pangwakas na produkto ay mayroon pa ring potensyal na enerhiya na maaaring makuha. Sa kaso ng pagbuburo sa kalamnan, ang mga carbons sa lactic acid ay nasa parehong antas ng pagbawas tulad ng sa paunang molekula: glucose.

Kaya, ang paggawa ng enerhiya ay nangyayari sa pamamagitan ng pagbuo ng mga molekula na may mga bono na may mataas na enerhiya, kabilang ang 1,3-bisphosphoglyrate at phosphoenolpyruvate.

Sa glycolysis, halimbawa, ang hydrolysis ng mga compound na ito ay nauugnay sa paggawa ng mga molekula ng ATP, samakatuwid ang term na "sa antas ng substrate".

ATP cycle

Ang ATP ay hindi nakaimbak. Ito ay nasa isang tuloy-tuloy na ikot ng paggamit at synthesis. Lumilikha ito ng isang balanse sa pagitan ng ATP na nabuo at ang produktong hydrolyzed nito, ADP.

Pinagmulan: Ni Muessig, mula sa Wikimedia Commons

Iba pang mga molekula ng enerhiya

Ang ATP ay hindi lamang molekula na binubuo ng nucleoside bisphosphate na umiiral sa cellular metabolism. Mayroong isang bilang ng mga molekula na may mga istraktura na katulad ng ATP na may maihahambing na pag-uugali ng enerhiya, kahit na hindi sila tanyag sa ATP.

Ang pinakatanyag na halimbawa ay GTP, guanosine triphosphate, na ginagamit sa kilalang siklo ng Krebs at sa daang gluconeogenic. Ang iba na hindi gaanong ginagamit ay CTP, TTP at UTP.

Mga Sanggunian

1. Guyton, AC, & Hall, JE (2000). Teksto ng pisyolohiya ng tao.
2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall Pagpapayo Sa Medical Physiology. Elsevier Brazil.
3. Hernandez, AGD (2010). Payo sa nutrisyon: Komposisyon at kalidad ng nutrisyon ng mga pagkain. Panamerican Medical Ed.
4. Lim, AKO (2010). Ang mga mahahalaga sa metabolismo at nutrisyon. Elsevier.
5. Pratt, CW, & Kathleen, C. (2012). Biochemistry. Editoryal El Manwal Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Mga Batayan ng Biochemistry. Editoryal na Médica Panaméricana.