ATP (adenosintrifosfat) struktur, funktioner, hydrolys



den ATP (adenosintrifosfat) är en organisk molekyl med hög energi bindningar som utgöres av en adeninring, en ribos och tre fosfatgrupper. Det har en grundläggande roll i ämnesomsättningen, eftersom den transporterar den energi som behövs för att upprätthålla en rad cellulära processer som fungerar effektivt.

Det är allmänt känt under termen "energivaluta", eftersom dess bildning och dess användning sker enkelt, så att de snabbt kan "betala" de kemiska reaktioner som kräver energi.

Även om molekylen för blotta ögat är litet och enkelt sparar det en betydande mängd energi i sina länkar. Fosfatgrupperna har negativa laddningar, som är i konstant repulsion, vilket gör den till en labil och lättbruten länk.

Hydrolysen av ATP är nedbrytningen av molekylen genom närvaro av vatten. Genom denna process frigörs den innehålla energin.

Det finns två huvudkällor för ATP: fosforylering vid substratnivån och oxidativ fosforylering, den senare är den viktigaste och mest använda av cellen.

Oxidativ fosforylering kopplar oxidationen av FADH2 och NADH + H+ i mitokondrier och fosforylering vid substratnivån sker utanför elektrontransportkedjan, i vägar som glykolys och trikarboxylsyracykeln.

Denna molekyl är ansvarig för att ge den energi som krävs för att de flesta processer som förekommer inuti cellen, från proteinsyntes till rörelse, ska äga rum. Dessutom tillåter det molekylernas trafik genom membranerna och verkar på cellsignalering.

index

  • 1 struktur
  • 2 funktioner
    • 2.1 Energiförsörjning för transport av natrium och kalium genom membranet
    • 2.2 Deltagande i proteinsyntes
    • 2.3 Tillför energi för framdrivning
  • 3 hydrolys
    • 3.1 Varför denna energiutgivning uppstår?
  • 4 Erhålla ATP
    • 4.1 Oxidativ fosforylering
    • 4.2 Fosforylering vid substratnivå
  • 5 ATP-cykel
  • 6 Andra energimolekyler
  • 7 referenser

struktur

ATP, som namnet antyder, är en nukleotid med tre fosfater. Dess speciella struktur, speciellt de två pyrofosfatbindningarna, gör den till en energirik förening. Den består av följande delar:

- En kvävebas, adenin. Kvävebaser är cykliska föreningar som innehåller ett eller flera kväve i sin struktur. Vi finner dem också som komponenter i nukleinsyror, DNA och RNA.

- Ribose ligger i mitten av molekylen. Det är ett socker av pentosedypen, eftersom det har fem kolatomer. Dess kemiska formel är C5H10O5. Kolet 1 av ribos är fäst vid adeninringen.

- Tre fosfatradikaler. De två sista är "hög energi länkar" och är representerade i de grafiska strukturerna med symbolen för virgulilla: ~. Fosfatgruppen är en av de viktigaste biologiska systemen. De tre grupperna heter alfa, beta och gamma, från närmast till det längsta.

Denna länk är väldigt labil, så den delas snabbt, enkelt och spontant, när organismens fysiologiska förhållanden garanterar det. Detta händer eftersom de negativa laddningarna hos de tre fosfatgrupperna försöker flytta sig från varandra ständigt.

funktioner

ATP spelar en oumbärlig roll i energimetabolismen hos praktiskt taget alla levande organismer. Av denna anledning kallas det ofta energimynt, eftersom det kan spenderas och kompletteras kontinuerligt på bara några minuter..

Direkt eller indirekt tillhandahåller ATP energin för hundratals processer, förutom att fungera som en fosfatgivare.

I allmänhet, verkar ATP som en signaleringsmolekyl i de processer som sker inuti cellen, är det nödvändigt att syntetisera komponenterna av DNA och RNA och syntes av andra biomolekyler, deltar i trafiken genom membranen, bland andra.

Användningen av ATP kan delas in i huvudkategorier: transport av molekyler genom biologiska membran, syntes av olika föreningar och slutligen mekaniskt arbete.

ATP: s funktioner är mycket breda. Dessutom är det involverat i så många reaktioner att det skulle vara omöjligt att namnge dem alla. Därför kommer vi att diskutera tre specifika exempel för att exemplifiera var och en av de tre nämnda användningarna.

Energiförsörjning för transport av natrium och kalium genom membranet

Cellen är en extremt dynamisk miljö som kräver att man behåller specifika koncentrationer. De flesta molekyler kommer inte in i cellen slumpmässigt eller tillfälligt. För att en molekyl eller substans ska komma in måste den göra det av sin specifika transportör.

Transporters är proteiner som passerar membranet och fungerar som cellulära "gatekeepers", som styr flödet av material. Därför är membranet semipermeabelt: det tillåter vissa föreningar att komma in och andra inte.

En av de mest kända transporterna är natrium-kaliumpumpen. Denna mekanism klassificeras som en aktiv transport, eftersom jonernas rörelse uppträder mot deras koncentrationer och det enda sättet att utföra denna rörelse är att införa energi i systemet, i form av ATP.

Det uppskattas att en tredjedel av den ATP som bildas i cellen används för att hålla pumpen aktiv. Natriumjoner pumpas ständigt till cellens yttre, medan kaliumjoner gör det i omvänd ordning.

Logiskt är användningen av ATP inte begränsad till transport av natrium och kalium. Det finns andra joner, som t.ex. kalcium, magnesium, som behöver denna energimarginal för att komma in.

Deltagande i proteinsyntes

Proteinmolekyler bildas av aminosyror, kopplade ihop med peptidbindningar. För att bilda dem krävs att fyra hög-energiobligationer bryts. Med andra ord måste ett betydande antal ATP-molekyler hydrolyseras för bildning av ett protein med medellängd.

Syntesen av proteiner förekommer i strukturer som kallas ribosomer. De kan tolka koden besatt av messenger-RNA och översätta den till en aminosyrasekvens, en ATP-beroende process.

I de mest aktiva cellerna kan proteinsyntesen rikta upp till 75% av ATP som syntetiseras i detta viktiga arbete.

Å andra sidan syntetiserar cellen inte bara proteiner, den behöver också lipider, kolesterol och andra oumbärliga substanser och för att göra det krävs energi som ingår i ATP-bindningarna..

Ge energi för framdrivning

Mekaniskt arbete är en av ATP: s viktigaste funktioner. Till exempel, för att vår kropp ska kunna utföra sammandragningen av muskelfibrer är tillgången på stora mängder energi nödvändigt.

I muskeln kan den kemiska energin omvandlas till mekanisk energi tack vare omorganisationen av proteinerna med sammandragningskapaciteten som bildar den. Längden av dessa strukturer är modifierad, förkortad, vilket skapar en spänning som resulterar i rörelseutveckling.

I andra organismer uppträder cellrörelsen tack vare ATP-förekomsten. Till exempel sker rörelsen av cilia och flagella som möjliggör förskjutningen av vissa encellulära organismer genom användning av ATP.

En annan särskild rörelse är den amoebiska som involverar utskjutningen av en pseudopod vid celländarna. Flera celltyper använder denna mekanism för rörelse, inklusive leukocyter och fibroblaster.

När det gäller könsceller är framdrivning avgörande för den effektiva utvecklingen av embryot. Embryonceller flytta viktiga avstånd från deras ursprungsställe till regionen där de måste härröra från specifika strukturer.

hydrolys

Hydrolysen av ATP är en reaktion som innefattar nedbrytningen av molekylen genom närvaro av vatten. Reaktionen representeras enligt följande:

ATP + Vatten ⇋ ADP + Pjag + energi. Var, termen Pjag Det hänvisar till gruppen oorganisk fosfat och ADP är adenosindifosfat. Observera att reaktionen är reversibel.

Hydrolysen av ATP är ett fenomen som innebär utsläpp av en enorm mängd energi. Bryta några pyrofosfater länkar resulterar i frisättningen av 7 kcal per mol - specifikt 7,3 av ATP till ADP och 8,2 för att producera adenosin monofosfat (AMP) från ATP. Detta motsvarar 12 000 kalorier per mol ATP.

Varför uppstår denna utsläpp av energi??

Eftersom hydrolysprodukterna är mycket stabila än den ursprungliga föreningen, det vill säga ATP.

Det är nödvändigt att nämna att endast den hydrolys som uppstår på pyrofosfatbindningar för att ge upphov till bildandet av ADP eller AMP leder till en generation av energi i viktiga kvantiteter.

Hydrolys av de andra bindningarna i molekylen ger inte lika mycket energi, förutom hydrolysen av oorganiskt pyrofosfat, som har en stor mängd energi.

Utsläppen av energi från dessa reaktioner används för att utföra metaboliska reaktioner inuti cellen, eftersom många av dessa processer kräver energi att fungera, både i de initiala nedbrytningsvägarna och i biosyntesen av föreningar.

Till exempel i glukosmetabolism involverar de initiala stegen fosforyleringen av molekylen. I följande steg genereras nya ATP för att få en positiv nettovinst.

Från energisynvinkel, det finns andra molekyler som frigör energi är högre än ATP, inklusive 1,3.bifosfoglicerato, den karbamyl, creatininfosfato och fosfoenolpyruvat.

Erhålla ATP

ATP kan erhållas genom två vägar: oxidativ fosforylering och fosforylering vid substratnivå. Den första kräver syre medan den andra inte behöver det. Cirka 95% av den bildade ATP uppträder i mitokondrierna.

Oxidativ fosforylering

Oxidativ fosforylering innebär en process för oxidation av näringsämnen i två faser: att erhålla reducerade koenzymer NADH och FADH2 derivat av vitaminer.

Minskningen av dessa molekyler kräver användning av väte från näringsämnena. I fetter är produktionen av koenzymer anmärkningsvärt tack vare den enorma mängd väten som de har i sin struktur jämfört med peptider eller kolhydrater.

Även om det finns flera sätt att producera koenzymer är den viktigaste vägen Krebs-cykeln. Därefter koncentreras de reducerade koenzymerna i respiratoriska kedjor som är belägna i mitokondrier, vilka överför elektronerna till syre.

Elektrontransportkedjan bildas av en serie proteiner kopplade till membranet, vilka pumpprotoner (H +) på utsidan (se bilden). Dessa protoner träder in igen över membranet genom ett annat protein, ATP-syntas, som är ansvarig för syntesen av ATP.

Med andra ord måste vi minska coenzymer, mer ADP och syre generera vatten och ATP.

Fosforylering vid substratnivå

Fosforylering på substratnivån är inte lika viktig som mekanismen som beskrivits ovan och eftersom den inte kräver syremolekyler är den vanligtvis associerad med jäsning. På detta sätt, även om det är mycket snabbt, extraheras lite energi, om vi jämför det med oxidationsprocessen skulle det vara ungefär femton gånger mindre.

I vår kropp uppstår fermentativa processer på muskelnivån. Denna vävnad kan fungera utan syre, så det är möjligt att en glukosmolekyl nedbryts till mjölksyra (när vi exempelvis utför en uttömmande sportaktivitet).

I fermentationer har slutprodukten fortfarande energipotential som kan extraheras. Vid fermentering i muskler är kolterna i mjölksyra på samma nivå av reduktion som de i den ursprungliga molekylen: glukos.

Sålunda uppstår produktionen av energi genom bildning av molekyler som har hög energibindningar, inklusive 1,3-bifosfoglirat och fosfoenolpyruvat.

I glykolys kopplas till exempel hydrolysen av dessa föreningar till produktionen av ATP-molekyler, varför termen "vid substratnivån".

ATP-cykel

ATP lagras aldrig. Det finns en kontinuerlig användnings- och syntescykel. På detta sätt skapas en balans mellan den bildade ATP och dess hydrolyserade produkt, ADP.

Andra energimolekyler

ATP är inte den enda molekylen som består av nukleosid-bifosfat som existerar i cellulär metabolism. Det finns en serie molekyler med strukturer som liknar ATP som har ett jämförbart energihänseende, även om de inte är lika populära som ATP.

Det mest framstående exemplet är GTP, guanosintrifosfat, som används i den kända Krebs-cykeln och i den glukoneogena vägen. Andra mindre använda är CTP, TTP och UTP.

referenser

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Textbok för human fysiologi.
  2. Hall, J.E. (2017). Guyton E Hall Treat på medicinsk fysiologi. Elsevier Brasilien.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Nutrition Treaty: Sammansättning och näringskvalitet av livsmedel. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Det väsentliga i ämnesomsättning och näring. Elsevier.
  5. Pratt, C.W., & Kathleen, C. (2012). biokemi. Redaktionell Den moderna handboken.
  6. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2007). Grundämnen för biokemi. Medical Editorial Panamericana.