АТФ (аденозин трифосфат) структура, функции, хидролиза



на АТФ (аденозин трифосфат) е органична молекула с високо енергийни връзки, съставени от аденинов пръстен, рибоза и три фосфатни групи. Той има основна роля в метаболизма, тъй като транспортира необходимата енергия за поддържане на поредица от клетъчни процеси, които функционират ефективно.

Той е широко известен с термина "енергийна валута", тъй като неговото формиране и използването му се случват лесно, което позволява да се "плати" бързо химичните реакции, които изискват енергия.

Въпреки, че молекулата с просто око е малка и проста, тя спестява значително количество енергия в своите връзки. Фосфатните групи имат отрицателни заряди, които са в постоянно отблъскване, което го прави лабилна и лесно счупена връзка.

Хидролизата на АТФ е разпадането на молекулата от присъствието на вода. Чрез този процес съдържащата се енергия се освобождава.

Има два основни източника на АТР: фосфорилиране на ниво субстрат и окислително фосфорилиране, като последното е най-важното и най-използвано от клетката..

Окислителното фосфорилиране съчетава окислението на FADH2 и NADH + H+ в митохондриите и фосфорилирането на нивото на субстрата става извън транспортната верига на електроните, в пътища като гликолиза и трикарбоксилна киселина цикъл.

Тази молекула е отговорна за осигуряването на необходимата енергия за повечето от процесите, които се случват вътре в клетката, от синтеза на протеини до движение, за да се осъществи. Освен това, той позволява движението на молекули през мембраните и действа върху клетъчното сигнализиране.

индекс

  • 1 Структура
  • 2 Функции
    • 2.1 Енергийни доставки за транспортиране на натрий и калий през мембраната
    • 2.2 Участие в синтеза на протеини
    • 2.3. Подаване на енергия за придвижване
  • 3 Хидролиза
    • 3.1 Защо възниква такова отделяне на енергия?
  • 4 Получаване на АТФ
    • 4.1 Окислително фосфорилиране
    • 4.2 Фосфорилиране на ниво субстрат
  • 5 АТР цикъл
  • 6 Други енергийни молекули
  • 7 Препратки

структура

АТФ, както подсказва името му, е нуклеотид с три фосфата. Нейната специфична структура, по-специално двете пирофосфатни връзки, я правят богато на енергия съединение. Той се състои от следните елементи:

- Азотна основа, аденин. Азотните основи са циклични съединения, които съдържат един или повече азот в тяхната структура. Откриваме ги и като компоненти в нуклеиновите киселини, ДНК и РНК.

- Рибоза се намира в центъра на молекулата. Той е захар от пентозния тип, тъй като има пет въглеродни атома. Химичната му формула е С5Н10О5. Въглеродът 1 на рибозата е прикрепен към адениновия пръстен.

- Три фосфатни радикала. Последните две са "високите енергийни връзки" и са представени в графичните структури със символа на virgulilla: ~. Фосфатната група е една от най-важните в биологичните системи. Трите групи се наричат ​​алфа, бета и гама, от най-близките до най-отдалечените.

Тази връзка е много лабилна, така че се разделя бързо, лесно и спонтанно, когато физиологичните условия на организма го изискват. Това се случва, защото отрицателните заряди на трите фосфатни групи се опитват постоянно да се отдалечават един от друг.

функции

АТФ играе незаменима роля в енергийния метаболизъм на почти всички живи организми. Поради тази причина тя често се нарича енергийна валута, тъй като може да се изразходва и зарежда непрекъснато само за няколко минути..

Директно или непряко, АТФ осигурява енергия за стотици процеси, в допълнение към това да действа като донор на фосфати.

Като цяло, АТФ действа като сигнална молекула в процесите, които се случват вътре в клетката, е необходимо да се синтезират компонентите на ДНК и РНК и за синтеза на други биомолекули, тя участва в трафика през мембраните.

Употребата на АТР може да бъде разделена на основни категории: транспорт на молекули чрез биологични мембрани, синтез на различни съединения и накрая, механична работа.

Функциите на АТП са много широки. В допълнение, тя участва в толкова много реакции, че би било невъзможно да се назоват всички. Ето защо ще обсъдим три конкретни примера за пример на всяка от трите споменати употреби.

Доставка на енергия за транспортиране на натрий и калий през мембраната

Клетката е изключително динамична среда, която изисква поддържане на специфични концентрации. Повечето молекули не влизат в клетката случайно или случайно. За да може дадена молекула или вещество да влезе, тя трябва да го направи чрез своя специфичен транспортер.

Транспортерите са протеини, които пресичат мембраната и функционират като клетъчни "пазачи", контролиращи потока на материалите. Следователно, мембраната е полупропусклива: тя позволява на някои съединения да влизат, а други не.

Един от най-известните транспортни средства е натриево-калиевата помпа. Този механизъм се класифицира като активен транспорт, тъй като движението на йони протича срещу техните концентрации и единственият начин за изпълнение на това движение е да се въведе енергия в системата под формата на АТФ..

Изчислено е, че една трета от образувания в клетката АТР се използва за поддържане на активността на помпата. Натриевите йони се изпомпват непрекъснато до външната част на клетката, докато калиевите йони правят това обратно.

Логично, използването на АТР не се ограничава до транспортирането на натрий и калий. Има и други йони, като калций, магнезий, които, наред с други, се нуждаят от тази енергийна валута, за да влязат.

Участие в синтеза на протеини

Протеиновите молекули се образуват от аминокиселини, свързани заедно с пептидни връзки. За да ги оформяте, се изисква счупване на четири високоенергийни връзки. С други думи, значителен брой АТР молекули трябва да бъдат хидролизирани за образуването на протеин със средна дължина.

Синтезът на протеините се среща в структури, наречени рибозоми. Те са в състояние да интерпретират кода, притежаван от информационната РНК и да го преведат в аминокиселинна последователност, АТР-зависим процес.

В най-активните клетки протеиновият синтез може да насочи до 75% от синтезирания ATP в тази важна работа.

От друга страна, клетката не само синтезира протеини, но също така се нуждае от липиди, холестерол и други незаменими вещества и за това се изисква енергията, съдържаща се в АТФ връзките..

Осигурете енергия за придвижване

Механичната работа е една от най-важните функции на АТР. Например, за да може тялото ни да изпълни свиването на мускулните влакна, е необходимо наличието на големи количества енергия.

В мускула, химическата енергия може да се трансформира в механична енергия благодарение на реорганизацията на протеините с капацитет на свиване, който го формира. Дължината на тези структури е модифицирана, съкратена, което създава напрежение, което води до генериране на движение.

При други организми, движението на клетките се осъществява и благодарение на присъствието на АТФ. Например движението на ресничките и флагелите, което позволява изместването на някои едноклетъчни организми, се осъществява чрез използването на АТФ.

Друго специфично движение е амебното, което включва издатината на псевдопода в клетъчните краища. Няколко клетъчни типа използват този механизъм на движение, включително левкоцити и фибробласти.

В случай на зародишни клетки, движението е от съществено значение за ефективното развитие на ембриона. Ембрионалните клетки преместват важни разстояния от своето място на произход до района, където те трябва да създават специфични структури.

хидролиза

Хидролизата на АТФ е реакция, която включва разпадането на молекулата от присъствието на вода. Реакцията е представена, както следва:

ATP + вода P ADP + Pаз + енергия. Където, терминът Pаз той се отнася до групата на неорганичния фосфат и ADP е аденозин дифосфат. Забележете, че реакцията е обратима.

Хидролизата на АТФ е явление, което включва освобождаването на огромно количество енергия. Разкъсването на която и да е от пирофосфатните връзки води до освобождаване на 7 kcal на мол - специфично 7.3 от АТР към ADP и 8.2 за производството на аденозин монофосфат (АМР) от АТФ. Това се равнява на 12 000 калории на мол ATP.

Защо се случва това освобождаване на енергия??

Тъй като продуктите на хидролизата са много по-стабилни от първоначалното съединение, т.е. ATP.

Необходимо е да се спомене, че само хидролизата, която се появява на пирофосфатни връзки, за да доведе до образуването на ADP или AMP, води до генериране на енергия във важни количества.

Хидролизата на другите връзки в молекулата не осигурява толкова енергия, освен за хидролизата на неорганичен пирофосфат, който има голямо количество енергия..

Освобождаването на енергия от тези реакции се използва за извършване на метаболитни реакции вътре в клетката, тъй като много от тези процеси изискват енергия да функционира, както в началните етапи на пътищата на разграждане, така и в биосинтеза на съединенията..

Например, при метаболизма на глюкозата, началните етапи включват фосфорилиране на молекулата. В следващите стъпки се генерира нов АТР, за да се получи положителна нетна печалба.

От енергийна гледна точка има други молекули, чието енергийно отделяне е по-голямо от това на АТФ, включително 1,3-бифосфоглицерат, карбамил фосфат, креатинин фосфат и фосфоенолпируват..

Получаване на АТФ

АТР може да се получи по два начина: окислително фосфорилиране и фосфорилиране на ниво субстрат. Първият изисква кислород, а вторият не се нуждае. Приблизително 95% от образувания АТР се среща в митохондриите.

Окислително фосфорилиране

Окислителното фосфорилиране включва процес на окисление на хранителните вещества в две фази: получаване на намалени коензими NADH и FADH2 производни на витамини.

Намаляването на тези молекули изисква използването на водородни вещества от хранителните вещества. При мазнините производството на коензими е забележително благодарение на огромното количество водороди, които те имат в структурата си, в сравнение с пептидите или въглехидратите..

Въпреки че има няколко начина за производство на коензими, най-важният път е цикълът на Кребс. Впоследствие редуцираните коензими са концентрирани в дихателните вериги, разположени в митохондриите, които пренасят електроните в кислород..

Електронната транспортна верига се формира от серия от протеини, свързани с мембраната, които изпомпват протони (Н +) навън (виж изображението). Тези протони влизат отново през мембраната през друг протеин, АТР синтаза, отговорен за синтеза на АТР.

С други думи, трябва да се намалят коензимите, повече АДФ и кислородът да генерират вода и АТФ.

Фосфорилиране на ниво субстрат

Фосфорилирането на нивото на субстрата не е толкова важно, колкото механизмът, описан по-горе и тъй като не изисква кислородни молекули, обикновено се свързва с ферментацията. По този начин, въпреки че е много бърз, извлича малко енергия, ако го сравним с процеса на окисление, ще бъде около петнадесет пъти по-малко..

В нашето тяло ферментационните процеси се случват на мускулното ниво. Тази тъкан може да функционира без кислород, така че е възможно глюкозна молекула да се разгради до млечна киселина (когато правим някаква изчерпателна спортна дейност, например).

При ферментациите крайният продукт все още има енергиен потенциал, който може да бъде извлечен. В случай на ферментация в мускулите, въглеродните атоми в млечната киселина са на същото ниво на редукция като тези в първоначалната молекула: глюкоза.

По този начин, производството на енергия се получава чрез образуването на молекули, които имат връзки с висока енергия, включително 1,3-бифосфоглират и фосфоенолпируват..

В гликолизата, например, хидролизата на тези съединения е свързана с производството на АТР молекули, следователно терминът "на ниво субстрат".

Цикъл на АТР

ATP никога не се съхранява. Той е в непрекъснат цикъл на използване и синтез. По този начин се създава баланс между образувания АТР и неговия хидролизиран продукт - АДФ.

Други енергийни молекули

АТФ не е единствената молекула, съставена от нуклеозид бифосфат, който съществува в клетъчния метаболизъм. Има серия от молекули със структури, подобни на АТФ, които имат сравнимо енергийно поведение, въпреки че не са толкова популярни като АТФ..

Най-забележителният пример е GTP, гуанозин трифосфат, който се използва в известния цикъл на Кребс и в глюконеогенния път. Други по-малко използвани са CTP, TTP и UTP.

препратки

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Учебник по физиология на човека.
  2. Hall, J.E. (2017). Гайтън Е зала трактат за медицинска физиология. Elsevier Бразилия.
  3. Ернандес, А. Г. Д. (2010). Договор за хранене: Състав и хранително качество на храните. Ed. Panamericana Medical.
  4. Лим, М. Й. (2010). Основите на метаболизма и храненето. Elsevier.
  5. Pratt, C.W., & Kathleen, C. (2012). биохимия. Редакция Модерното ръководство.
  6. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2007). Основи на биохимията. Медицинска редакция Panamericana.