ATP (ADENOZIN TRIFOSFAT): YAPI, FONKSIYONLAR, HIDROLIZ - BIYOLOJI - 2024

ATP (adenosin trifosfat) adenin, riboz ve üç fosfat grupları bir halka meydana getirdiği yüksek enerji bağlar ile bir organik moleküldür. Bir dizi hücresel işlemin verimli çalışmasını sağlamak için gerekli enerjiyi taşıdığı için metabolizmada temel bir role sahiptir.

Oluşumu ve kullanımı kolay gerçekleştiği ve enerji gerektiren kimyasal reaksiyonlar için hızlı bir şekilde "ödeme yapmasına" izin verdiği için "enerji para birimi" terimiyle yaygın olarak bilinir.

Kaynak: Kullanıcı Tarafından: Mysid (bkchem'de kendi kendine yapılmıştır; perl'de düzenlenmiştir), Wikimedia Commons aracılığıyla

Molekül çıplak gözle küçük ve basit olmasına rağmen bağlarında önemli miktarda enerji depolar. Fosfat gruplarının negatif yükleri vardır ve bunlar sürekli itme halindedir, bu da onu kolayca kırılabilen değişken bir bağ haline getirir.

ATP'nin hidrolizi, molekülün su varlığıyla parçalanmasıdır. Bu işlemle içerilen enerji açığa çıkar.

ATP'nin iki ana kaynağı vardır: substrat seviyesinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon, ikincisi en önemlisidir ve hücre tarafından en çok kullanılanıdır.

Oksidatif fosforilasyon , mitokondride FADH ₂ ve NADH + H ⁺ oksidasyonunu birleştirir ve substrat seviyesinde fosforilasyon, glikoliz ve trikarboksilik asit döngüsü gibi yollarda elektron taşıma zincirinin dışında gerçekleşir.

Bu molekül, protein sentezinden hareketine kadar hücre içinde meydana gelen işlemlerin çoğunun gerçekleşmesi için gerekli olan enerjiyi sağlamaktan sorumludur. Ek olarak, moleküllerin zarlardan geçmesine izin verir ve hücre sinyallemesinde görev yapar.

yapı

ATP, adından da anlaşılacağı gibi, üç fosfatlı bir nükleotittir. Özel yapısı, özellikle iki pirofosfat bağı, onu enerji açısından zengin bir bileşik haline getirir. Aşağıdaki unsurlardan oluşur:

- Azotlu bir baz, adenin. Azot bazları, yapılarında bir veya daha fazla nitrojen içeren halkalı bileşiklerdir. Bunları ayrıca nükleik asitler, DNA ve RNA'daki bileşenler olarak buluyoruz.

- Riboz, molekülün merkezinde yer alır. Beş karbon atomuna sahip olduğu için pentoz tipi bir şekerdir. Kimyasal formülü C ₅ H ₁₀ O _{5 dir} . Ribozun Karbon 1'i adenin halkasına eklenir.

- Üç fosfat kökü. Son ikisi "yüksek enerjili bağlardır" ve grafik yapılarda eğim sembolü ile temsil edilir: ~. Fosfat grubu, biyolojik sistemlerde en önemlilerinden biridir. Üç grup, en yakından en uzağa alfa, beta ve gama olarak adlandırılır.

Bu bağ çok değişkendir, bu nedenle organizmanın fizyolojik koşulları gerektirdiğinde hızlı, kolay ve kendiliğinden bölünür. Bunun nedeni, üç fosfat grubunun negatif yüklerinin sürekli olarak birbirinden uzaklaşmaya çalışmasıdır.

Özellikleri

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

Doğrudan veya dolaylı olarak ATP, fosfat donörü olarak hareket etmenin yanı sıra yüzlerce işlem için enerji sağlar.

Genelde ATP, hücre içinde meydana gelen süreçlerde bir sinyal molekülü görevi görür, DNA ve RNA bileşenlerinin sentezlenmesi ve diğer biyomoleküllerin sentezi için, trafiğe katılır. diğerleri arasında zarlar.

ATP'nin kullanımları ana kategorilere ayrılabilir: moleküllerin biyolojik zarlardan taşınması, çeşitli bileşiklerin sentezi ve son olarak mekanik iş.

ATP'nin işlevleri çok geniştir. Dahası, o kadar çok reaksiyona karışır ki hepsini isimlendirmek imkansızdır. Bu nedenle, bahsedilen üç kullanımın her birini örneklemek için üç özel örneği tartışacağız.

Sodyum ve potasyumun membrandan taşınması için enerji kaynağı

Hücre, belirli konsantrasyonların korunmasını gerektiren oldukça dinamik bir ortamdır. Çoğu molekül hücreye rastgele veya tesadüfen girmez. Bir molekül veya maddenin girmesi için, bunu kendi özel taşıyıcısı ile yapması gerekir.

Taşıyıcılar, hücre "kapı bekçileri" olarak işlev gören ve materyallerin akışını kontrol eden membranı kapsayan proteinlerdir. Bu nedenle zar yarı geçirgendir: belirli bileşiklerin girmesine izin verirken bazılarının girmesine izin vermez.

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

Hücrede oluşan ATP'nin üçte birinin pompayı aktif tutmak için kullanıldığı tahmin edilmektedir. Sodyum iyonları sürekli olarak hücrenin dışına pompalanır, potasyum iyonları ise ters yönde pompalanır.

Mantıksal olarak, ATP'nin kullanımı sodyum ve potasyumun taşınmasıyla sınırlı değildir. Girmek için bu enerji para birimine ihtiyaç duyan diğer iyonların yanı sıra kalsiyum, magnezyum gibi başka iyonlar da vardır.

Protein sentezine katılım

Protein molekülleri, peptit bağlarıyla birbirine bağlanan amino asitlerden oluşur. Bunları oluşturmak için dört yüksek enerjili bağın kopması gerekir. Başka bir deyişle, ortalama uzunlukta bir proteinin oluşumu için önemli sayıda ATP molekülünün hidrolize edilmesi gerekir.

Protein sentezi, ribozom adı verilen yapılarda gerçekleşir. Bunlar, haberci RNA'nın sahip olduğu kodu yorumlayabilir ve ATP'ye bağlı bir süreç olan bir amino asit dizisine çevirebilir.

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

Öte yandan hücre sadece proteinleri sentezlemekle kalmaz, aynı zamanda lipidlere, kolesterole ve diğer gerekli maddelere de ihtiyaç duyar ve bunun için ATP bağlarında bulunan enerjiye ihtiyaç duyar.

Hareket için enerji sağlayın

Mekanik iş, ATP'nin en önemli işlevlerinden biridir. Örneğin, vücudumuzun kas liflerinin kasılmasını gerçekleştirebilmesi için büyük miktarlarda enerjinin mevcudiyeti gereklidir.

Kasta kimyasal enerji, proteinlerin onu kasılma yeteneği ile yeniden düzenlenmesi sayesinde mekanik enerjiye dönüştürülebilir. Bu yapıların uzunluğu değiştirilir, kısaltılır, bu da hareket oluşumuna dönüşen bir gerilim yaratır.

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

Bir başka özel hareket, hücre uçlarında bir yalancı ayağın çıkıntısını içeren amiptir. Lökositler ve fibroblastlar dahil olmak üzere birkaç hücre tipi bu hareket mekanizmasını kullanır.

Germ hücreleri söz konusu olduğunda, embriyonun etkili gelişimi için hareket önemlidir. Embriyonik hücreler, menşe yerlerinden belirli yapıları oluşturmaları gereken bölgeye önemli mesafeler kat ederler.

Hidroliz

ATP'nin hidrolizi, molekülün su mevcudiyeti ile parçalanmasını içeren bir reaksiyondur. Reaksiyon şu şekilde temsil edilir:

ATP + Su ⇋ ADP + P _i + enerji. Burada, _Pi terimi inorganik fosfat grubuna atıfta bulunur ve ADP, adenosin difosfattır. Reaksiyonun tersine çevrilebilir olduğuna dikkat edin.

ATP'nin hidrolizi, muazzam miktarda enerjinin salınmasını içeren bir fenomendir. Pirofosfat bağlarından herhangi birinin kırılması, mol başına 7 kcal - özellikle ATP'den ADP'ye 7.3 ve ATP'den adenozin monofosfat (AMP) üretimi için 8.2 salınımına neden olur. Bu, ATP'nin molü başına 12.000 kaloriye eşittir.

Bu enerji salınımı neden gerçekleşir?

Çünkü hidroliz ürünleri, ilk bileşik olan ATP'den çok daha kararlıdır.

Sadece pirofosfat bağlarında meydana gelen ve ADP veya AMP oluşumuna yol açan hidrolizin önemli miktarlarda enerji üretimine yol açtığından bahsedilmelidir.

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

Bu reaksiyonlardan enerji salınımı, hücre içindeki metabolik reaksiyonları gerçekleştirmek için kullanılır, çünkü bu işlemlerin çoğunun, hem bozunma yollarının ilk adımlarında hem de bileşiklerin biyosentezinde işlev görmek için enerjiye ihtiyacı vardır. .

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

Enerji açısından, 1,3-bifosfogliserat, karbamilfosfat, kreatinin fosfat ve fosfoenolpiruvat dahil, salım enerjisi ATP'ninkinden daha büyük olan başka moleküller vardır.

ATP elde etmek

ATP iki yolla elde edilebilir: substrat seviyesinde oksidatif fosforilasyon ve fosforilasyon. İlki oksijene ihtiyaç duyarken ikincisi gerektirmez. Oluşan ATP'nin yaklaşık% 95'i mitokondride meydana gelir.

Oksidatif fosforilasyon

Oksidatif fosforilasyon, iki aşamalı bir besin oksidasyon sürecini içerir: vitaminlerden türetilen indirgenmiş koenzimler NADH ve FADH _2'nin elde edilmesi.

Bu moleküllerin indirgenmesi, besinlerden hidrojenlerin kullanılmasını gerektirir. Yağlarda, peptidlere veya karbonhidratlara kıyasla yapılarında bulunan muazzam miktardaki hidrojenler sayesinde koenzim üretimi dikkat çekicidir.

Koenzim üretiminin birkaç yolu olmasına rağmen, en önemli yol Krebs döngüsüdür. Daha sonra, indirgenmiş koenzimler, elektronları oksijene aktaran mitokondride bulunan solunum zincirlerinde yoğunlaşır.

Elektron taşıma zinciri, protonları (H +) dışarıya pompalayan bir dizi zara bağlı proteinden oluşur (resme bakın). Bu protonlar, ATP'nin sentezinden sorumlu olan başka bir protein olan ATP sentaz aracılığıyla tekrar zara girer ve geçer.

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

Kaynak: Bustamante Yess, Wikimedia Commons'tan

Substrat düzeyinde fosforilasyon

Substrat seviyesinde fosforilasyon, yukarıda açıklanan mekanizma kadar önemli değildir ve oksijen molekülleri gerektirmediğinden, genellikle fermantasyon ile ilişkilendirilir. Bu şekilde, çok hızlı olmasına rağmen az enerji çıkarır, oksidasyon süreciyle karşılaştırırsak yaklaşık on beş kat daha az olur.

Vücudumuzda fermantasyon işlemleri kas seviyesinde gerçekleşir. Bu doku oksijensiz çalışabilir, bu nedenle bir glikoz molekülünün laktik aside indirgenmesi mümkündür (örneğin, bazı kapsamlı spor aktiviteleri yaptığımızda).

Fermantasyonlarda, nihai ürün hala çıkarılabilecek enerji potansiyeline sahiptir. Kasta fermantasyon durumunda, laktik asitteki karbonlar, ilk molekül olan glikoz ile aynı seviyededir.

Böylece enerji üretimi, 1,3-bifosfoglyrat ve fosfoenolpiruvat dahil olmak üzere yüksek enerjili bağlara sahip moleküllerin oluşumu ile gerçekleşir.

Örneğin glikolizde, bu bileşiklerin hidrolizi ATP moleküllerinin üretimiyle bağlantılıdır, dolayısıyla "substrat seviyesinde" terimi ortaya çıkar.

ATP döngüsü

ATP asla depolanmaz. Sürekli bir kullanım ve sentez döngüsü içindedir. Bu, oluşan ATP ile hidrolize ürünü ADP arasında bir denge oluşturur.

Kaynak: Muessig, Wikimedia Commons'tan

Diğer enerji molekülleri

ATP, hücresel metabolizmada bulunan nükleosit bifosfattan oluşan tek molekül değildir. ATP kadar popüler olmasalar da karşılaştırılabilir enerji davranışına sahip ATP'ye benzer yapılara sahip birkaç molekül vardır.

En belirgin örnek, iyi bilinen Krebs döngüsünde ve glukoneojenik yolda kullanılan GTP, guanozin trifosfattır. Daha az kullanılan diğerleri CTP, TTP ve UTP'dir.

Referanslar

1. Guyton, AC ve Hall, JE (2000). İnsan fizyolojisi ders kitabı.
2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall Tıbbi Fizyoloji Üzerine İnceleme. Elsevier Brezilya.
3. Hernandez, AGD (2010). Beslenme üzerine inceleme: Gıdaların bileşimi ve besin kalitesi. Panamerican Medical Ed.
4. Lim, MY (2010). Metabolizma ve beslenmede temel unsurlar. Elsevier.
5. Pratt, CW ve Kathleen, C. (2012). Biyokimya. Editoryal El Kılavuzu Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG ve Pratt, CW (2007). Biyokimyanın Temelleri. Editör Médica Panaméricana.