โครงสร้างฟังก์ชั่นการไฮโดรไลซิสของ ATP (adenosine triphosphate)

ATP (adenosine triphosphate) เป็นโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่มีพันธะพลังงานสูงที่สร้างขึ้นโดยแหวนอาดีน, ไรโบสและฟอสเฟตสามกลุ่ม มันมีบทบาทพื้นฐานในกระบวนการเมตาบอลิซึ่มเพราะมันจะส่งพลังงานที่จำเป็นเพื่อรักษากระบวนการของเซลล์ที่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ.

เป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางในคำว่า "สกุลเงินพลังงาน" เนื่องจากการก่อตัวและการใช้งานเกิดขึ้นได้ง่ายช่วยให้ "จ่าย" อย่างรวดเร็วปฏิกิริยาเคมีที่ต้องใช้พลังงาน.

แม้ว่าโมเลกุลของตาเปล่าจะเล็กและเรียบง่าย แต่มันก็ช่วยประหยัดพลังงานในการเชื่อมโยง กลุ่มฟอสเฟตมีประจุเป็นลบซึ่งอยู่ในความดันคงที่ทำให้มันเชื่อมโยงได้ง่ายและขาดง่าย.

การไฮโดรไลซิสของ ATP คือการสลายของโมเลกุลโดยการปรากฏตัวของน้ำ ผ่านกระบวนการนี้พลังงานที่มีอยู่จะถูกปล่อยออกมา.

มีสองแหล่งที่มาหลักของ ATP คือ phosphorylation ที่ระดับ substrate และ oxidative phosphorylation ซึ่งเป็นเซลล์ที่สำคัญที่สุดและถูกใช้มากที่สุด.

phosphorylation ออกซิเดชันคู่ออกซิเดชันของ FADH₂ และ NADH + H⁺ ในไมโทคอนเดรียและฟอสโฟรีเลชั่นในระดับพื้นผิวเกิดขึ้นนอกห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนในเส้นทางเช่น glycolysis และวัฏจักรกรด tricarboxylic.

โมเลกุลนี้มีหน้าที่รับผิดชอบในการจัดหาพลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์จากการสังเคราะห์โปรตีนไปจนถึงการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ยังช่วยให้การจราจรของโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณของเซลล์.

ดัชนี

• 1 โครงสร้าง
• 2 ฟังก์ชั่น
  • 2.1 การจัดหาพลังงานสำหรับการขนส่งโซเดียมและโพแทสเซียมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
  • 2.2 การมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน
  • 2.3 จัดหาพลังงานสำหรับการเคลื่อนที่
• 3 การย่อยสลาย
  • 3.1 ทำไมพลังงานรุ่นนี้เกิดขึ้น?
• 4 การได้รับ ATP
  • 4.1 ฟอสฟอรัสออกซิเดชั่น
  • 4.2 ฟอสฟอรัสในระดับพื้นผิว
• 5 ATP Cycle
• 6 โมเลกุลพลังงานอื่น ๆ
• 7 อ้างอิง

โครงสร้าง

เอทีพีเป็นชื่อที่แสดงถึงเป็นนิวคลีโอไทด์ที่มีสามฟอสเฟต โครงสร้างเฉพาะของมันโดยเฉพาะพันธะไพโรฟอสเฟตสองตัวทำให้เป็นสารประกอบที่อุดมด้วยพลังงาน มันประกอบด้วยองค์ประกอบต่อไปนี้:

- อะเดียนฐานไนโตรเจน ฐานไนโตรเจนเป็นสารประกอบแบบไซคลิกที่ประกอบด้วยไนโตรเจนตั้งแต่หนึ่งอย่างขึ้นไปในโครงสร้าง เรายังพบว่ามันเป็นส่วนประกอบในกรดนิวคลีอิก, DNA และ RNA.

- Ribose ตั้งอยู่ในใจกลางของโมเลกุล มันเป็นน้ำตาลประเภทเพนโตสเนื่องจากมีอะตอมของคาร์บอนห้าชนิด สูตรทางเคมีของมันคือ C₅H₁₀O₅. คาร์บอน 1 ของ ribose ติดอยู่กับวงแหวน adenine.

- อนุมูลสามฟอสเฟต สองอันสุดท้ายคือ "การเชื่อมโยงพลังงานสูง" และแสดงในโครงสร้างกราฟิกที่มีสัญลักษณ์ของ virgulilla: ~ กลุ่มฟอสเฟตเป็นหนึ่งในระบบชีวภาพที่สำคัญที่สุด กลุ่มที่สามเรียกว่า alpha, beta และ gamma จากกลุ่มที่อยู่ใกล้ที่สุด.

ลิงค์นี้น่าสนใจมากดังนั้นจึงถูกแบ่งออกได้อย่างรวดเร็วง่ายดายและเป็นธรรมชาติเมื่อสภาพร่างกายของสิ่งมีชีวิตรับประกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากประจุลบของฟอสเฟตทั้งสามกลุ่มพยายามที่จะเคลื่อนที่ออกจากกันอย่างต่อเนื่อง.

ฟังก์ชั่น

เอทีพีมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญพลังงานของสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิด ด้วยเหตุนี้จึงมักเรียกว่าสกุลเงินพลังงานเนื่องจากสามารถใช้และเติมใหม่อย่างต่อเนื่องในเวลาเพียงไม่กี่นาที.

ATP โดยตรงหรือโดยอ้อมให้พลังงานหลายร้อยกระบวนการนอกเหนือจากการทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคฟอสเฟต.

โดยทั่วไป ATP ทำหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณในกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในเซลล์จำเป็นต้องสังเคราะห์ส่วนประกอบของ DNA และ RNA และสำหรับการสังเคราะห์ชีวโมเลกุลอื่น ๆ มันมีส่วนร่วมในการจราจรผ่าน เมมเบรนกลุ่มอื่น ๆ.

การใช้ ATP สามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่หลัก: การขนส่งโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพการสังเคราะห์สารประกอบต่าง ๆ และในที่สุดการทำงานเชิงกล.

ฟังก์ชั่นของ ATP นั้นกว้างมาก นอกจากนี้ยังมีส่วนร่วมในการตอบสนองมากมายจนเป็นไปไม่ได้ที่จะตั้งชื่อพวกเขาทั้งหมด ดังนั้นเราจะพูดถึงตัวอย่างเฉพาะสามประการเพื่อเป็นตัวอย่างการใช้งานที่กล่าวถึงสามข้อ.

แหล่งพลังงานสำหรับการขนส่งโซเดียมและโพแทสเซียมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

เซลล์เป็นสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากซึ่งต้องมีการรักษาความเข้มข้นที่เฉพาะเจาะจง โมเลกุลส่วนใหญ่ไม่เข้าสู่เซลล์โดยการสุ่มหรือไม่ตั้งใจ เพื่อให้โมเลกุลหรือสารเข้าสู่มันจะต้องทำโดยขนย้ายที่เฉพาะเจาะจง.

Transporters เป็นโปรตีนที่ข้ามเมมเบรนและทำหน้าที่เป็น "Gatekeepers" ของเซลล์ซึ่งควบคุมการไหลของวัสดุ ดังนั้นเยื่อหุ้มเซลล์สามารถดูดซับได้: มันยอมให้มีสารบางชนิดเข้าสู่ร่างกายและอื่น ๆ ทำไม่ได้.

หนึ่งในการขนส่งที่รู้จักกันดีที่สุดคือปั๊มโซเดียมโปแตสเซียม กลไกนี้ถูกจัดประเภทเป็นการขนส่งแบบแอคทีฟเนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออนเกิดขึ้นกับความเข้มข้นและวิธีเดียวที่จะดำเนินการการเคลื่อนไหวนี้คือการนำพลังงานเข้าสู่ระบบในรูปแบบของ ATP.

ประมาณว่าหนึ่งในสามของ ATP ที่เกิดขึ้นในเซลล์จะถูกใช้เพื่อให้ปั๊มทำงาน ไอออนโซเดียมจะถูกสูบอย่างต่อเนื่องไปยังด้านนอกของเซลล์ในขณะที่โพแทสเซียมไอออนทำในสิ่งที่ตรงกันข้าม.

เหตุผลการใช้ ATP ไม่ได้ จำกัด เฉพาะการขนส่งโซเดียมและโพแทสเซียม มีไอออนอื่น ๆ เช่นแคลเซียมแมกนีเซียมซึ่งจำเป็นต้องใช้สกุลเงินพลังงานนี้.

การมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน

โมเลกุลโปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนเชื่อมโยงกันด้วยพันธะเปปไทด์ ในการสร้างพวกมันต้องการการทำลายพันธะพลังงานสูงทั้งสี่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ATP จำนวนโมเลกุลจะต้องไฮโดรไลซ์สำหรับการก่อตัวของโปรตีนที่มีความยาวเฉลี่ย.

การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในโครงสร้างที่เรียกว่าไรโบโซม พวกเขาสามารถตีความรหัสที่ Messenger RNA ครอบครองและแปลมันเป็นลำดับกรดอะมิโนกระบวนการ ATP-dependent.

ในเซลล์ที่มีการเคลื่อนไหวมากที่สุดการสังเคราะห์โปรตีนสามารถควบคุม ATP ได้ถึง 75% ของการสังเคราะห์ในงานสำคัญนี้.

ในทางตรงกันข้ามเซลล์ไม่เพียง แต่สังเคราะห์โปรตีนเท่านั้น แต่ยังต้องการไขมันคอเลสเตอรอลและสารอื่น ๆ ที่ขาดไม่ได้และจำเป็นต้องใช้พลังงานที่มีอยู่ในพันธะ ATP.

ให้พลังงานสำหรับการเคลื่อนไหว

งานเครื่องกลเป็นหนึ่งในหน้าที่ที่สำคัญที่สุดของ ATP ตัวอย่างเช่นสำหรับร่างกายของเราที่จะสามารถดำเนินการหดตัวของเส้นใยกล้ามเนื้อจำเป็นต้องมีพลังงานจำนวนมาก.

ในกล้ามเนื้อพลังงานเคมีสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานกลได้เนื่องจากการปรับโครงสร้างของโปรตีนที่มีความสามารถในการหดตัว ความยาวของโครงสร้างเหล่านี้ถูกแก้ไขให้สั้นลงซึ่งสร้างความตึงเครียดที่ส่งผลให้เกิดการเคลื่อนไหว.

ในสิ่งมีชีวิตอื่นการเคลื่อนที่ของเซลล์ก็เกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของ ATP ตัวอย่างเช่นการเคลื่อนไหวของ cilia และ flagella ที่ช่วยให้การกำจัดสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวบางอย่างเกิดขึ้นผ่านการใช้ ATP.

การเคลื่อนไหวอีกอย่างหนึ่งคืออะมีบาซึ่งเกี่ยวข้องกับการยื่นออกมาของหลอกที่ปลายเซลล์ เซลล์หลายประเภทใช้กลไกการเคลื่อนที่นี้รวมถึงเม็ดเลือดขาวและไฟโบรบลาสต์.

ในกรณีของเซลล์สืบพันธุ์การเคลื่อนไหวเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนาตัวอ่อนอย่างมีประสิทธิภาพ เซลล์ตัวอ่อนย้ายระยะทางที่สำคัญจากแหล่งกำเนิดไปยังพื้นที่ที่พวกเขาจะต้องสร้างโครงสร้างที่เฉพาะเจาะจง.

การย่อยสลาย

การไฮโดรไลซิสของ ATP เป็นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการสลายของโมเลกุลโดยการปรากฏตัวของน้ำ ปฏิกิริยาจะแสดงดังนี้

ATP + น้ำ⇋ ADP + P_ผม + พลังงาน โดยที่คำว่า P_ผม มันหมายถึงกลุ่มของนินทรีย์ฟอสเฟตและ ADP เป็น adenosine diphosphate โปรดทราบว่าปฏิกิริยานี้สามารถย้อนกลับได้.

การไฮโดรไลซิสของ ATP เป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล การแตกของการเชื่อมโยงไพโรฟอสเฟตใด ๆ ส่งผลให้ปล่อย 7 kcal ต่อโมลโดยเฉพาะ 7.3 ของ ATP ถึง ADP และ 8.2 สำหรับการผลิต adenosine monophosphate (AMP) จาก ATP ซึ่งเท่ากับ 12,000 แคลอรี่ต่อโมลของ ATP.

ทำไมพลังงานนี้ถึงเกิดขึ้น??

เนื่องจากผลิตภัณฑ์ของการไฮโดรไลซิสนั้นมีความเสถียรมากกว่าสารประกอบเริ่มต้นนั่นคือ ATP.

จำเป็นต้องพูดถึงว่ามีเพียงไฮโดรไลซิสที่เกิดขึ้นบนพันธะไพโรฟอสเฟตเพื่อก่อให้เกิดการก่อตัวของ ADP หรือแอมป์ที่นำไปสู่การสร้างพลังงานในปริมาณที่สำคัญ.

การไฮโดรไลซิสของพันธะอื่น ๆ ในโมเลกุลไม่ได้ให้พลังงานมากนักยกเว้นการไฮโดรไลซิสของอนินทรีย์ไพโรฟอสเฟตซึ่งมีพลังงานจำนวนมาก.

การปลดปล่อยพลังงานจากปฏิกิริยาเหล่านี้ใช้ในการทำปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมภายในเซลล์เนื่องจากกระบวนการเหล่านี้จำนวนมากต้องการพลังงานในการทำงานทั้งในขั้นตอนเริ่มต้นของเส้นทางการย่อยสลายและในการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารประกอบ.

ยกตัวอย่างเช่นในการเผาผลาญกลูโคสขั้นตอนแรกนั้นเกี่ยวข้องกับการฟอสโฟรีเลชั่นของโมเลกุล ในขั้นตอนต่อไปนี้ ATP ใหม่จะถูกสร้างขึ้นเพื่อรับกำไรสุทธิที่เป็นบวก.

จากมุมมองของพลังงานมีโมเลกุลอื่น ๆ ที่ปล่อยพลังงานมากกว่า ATP รวมถึง 1,3-biphosphoglycerate, carbamyl phosphate, creatinine phosphate และ phosphoenolpyruvate.

การได้รับ ATP

ATP สามารถหาได้โดยสองเส้นทาง: ออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่นและฟอสโฟรีเลชั่นในระดับพื้นผิว คนแรกต้องการออกซิเจนในขณะที่คนที่สองไม่ต้องการมัน ATP ที่เกิดขึ้นประมาณ 95% เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย.

phosphorylation ออกซิเดชัน

phosphorylation ออกซิเดชันเกี่ยวข้องกับกระบวนการออกซิเดชันของสารอาหารในสองขั้นตอน: การได้รับโคเอนไซม์ที่ลดลง NADH และ FADH₂ อนุพันธ์ของวิตามิน.

การลดลงของโมเลกุลเหล่านี้จำเป็นต้องใช้ไฮโดรเจนจากสารอาหาร ในไขมันการผลิตโคเอ็นไซม์นั้นน่าทึ่งเนื่องจากมีจำนวนมากของ Hydrogens ที่พวกมันมีอยู่ในโครงสร้างเทียบกับเปปไทด์หรือคาร์โบไฮเดรต.

แม้ว่าจะมีหลายวิธีในการผลิตโคเอ็นไซม์ แต่เส้นทางที่สำคัญที่สุดคือวงจร Krebs ต่อจากนั้นโคเอนไซม์ที่ลดลงจะรวมอยู่ในโซ่ระบบทางเดินหายใจที่อยู่ในไมโตคอนเดรียซึ่งถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังออกซิเจน.

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นโดยชุดของโปรตีนคู่กับเมมเบรนซึ่งปั๊มโปรตอน (H +) ไปยังด้านนอก (ดูภาพ) โปรตอนเหล่านี้จะเข้าสู่เยื่อหุ้มเซลล์ผ่านโปรตีนอีกชนิดหนึ่งคือ ATP synthase ซึ่งรับผิดชอบในการสังเคราะห์ ATP.

กล่าวอีกนัยหนึ่งเราต้องลดโคเอ็นไซม์, ADP และออกซิเจนมากขึ้นสร้างน้ำและ ATP.

ฟอสฟอรัสในระดับพื้นผิว

ฟอสโฟรีเลชันในระดับพื้นผิวนั้นไม่สำคัญเท่ากับกลไกที่อธิบายไว้ข้างต้นและเนื่องจากไม่ต้องการโมเลกุลของออกซิเจนจึงมักเกี่ยวข้องกับการหมัก วิธีนี้แม้ว่ามันจะเร็วมาก แต่ก็แยกพลังงานออกไปเล็กน้อยถ้าเราเปรียบเทียบกับกระบวนการออกซิเดชั่นมันจะน้อยกว่าประมาณสิบห้าเท่า.

ในร่างกายของเรากระบวนการหมักเกิดขึ้นในระดับกล้ามเนื้อ เนื้อเยื่อนี้สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจนดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่โมเลกุลของกลูโคสจะสลายตัวเป็นกรดแลคติค (เมื่อเรากำลังทำกิจกรรมกีฬาที่ครบถ้วนสมบูรณ์เช่น).

ในการหมักผลิตภัณฑ์สุดท้ายยังมีศักยภาพพลังงานที่สามารถสกัดได้ ในกรณีของการหมักในกล้ามเนื้อคาร์โบไฮเดรตในกรดแลคติคจะลดลงในระดับเดียวกับโมเลกุลเริ่มต้น: กลูโคส.

ดังนั้นการผลิตพลังงานจึงเกิดขึ้นจากการก่อตัวของโมเลกุลที่มีพันธะพลังงานสูงรวมถึง 1,3-biphosphoglirate และ phosphoenolpyruvate.

ยกตัวอย่างเช่น glycolysis การไฮโดรไลซิสของสารประกอบเหล่านี้เชื่อมโยงกับการผลิต ATP โมเลกุลดังนั้นคำว่า "ที่ระดับสารตั้งต้น".

เอทีพีไซเคิล

ไม่เคยเก็บ ATP มันอยู่ในวงจรการใช้งานและการสังเคราะห์อย่างต่อเนื่อง ด้วยวิธีนี้จะสร้างสมดุลระหว่างเอทีพีที่เกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซ์ของมันคือ ADP.

โมเลกุลพลังงานอื่น ๆ

เอทีพีไม่ได้เป็นเพียงโมเลกุลเดียวที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไซด์ biphosphate ที่มีอยู่ในการเผาผลาญของเซลล์ มีชุดของโมเลกุลที่มีโครงสร้างคล้ายกับ ATP ที่มีพฤติกรรมพลังงานที่เปรียบเทียบได้แม้ว่าจะไม่ได้รับความนิยมเท่ากับ ATP.

ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดคือ GTP, guanosin triphosphate ซึ่งใช้ในวงจร Krebs ที่รู้จักกันดีและในเส้นทาง gluconeogenic อื่น ๆ ที่ใช้น้อยกว่าคือ CTP, TTP และ UTP.

การอ้างอิง

1. Guyton, A.C. , & Hall, J. E. (2000) หนังสือเรียนสรีรวิทยาของมนุษย์.
2. Hall, J. E. (2017). Guyton E Hall Hall บนสรีรวิทยาการแพทย์. เอลส์เวียร์บราซิล.
3. Hernandez, A. G. D. (2010). สนธิสัญญาโภชนาการ: องค์ประกอบและคุณภาพทางโภชนาการของอาหาร. Ed. Panamericana การแพทย์.
4. Lim, M. Y. (2010). สิ่งสำคัญในการเผาผลาญและโภชนาการ. เอลส์.
5. Pratt, C. W. , & Kathleen, C. (2012). ชีวเคมี. บทบรรณาธิการคู่มือทันสมัย.
6. Voet, D. , Voet, J. G. , & Pratt, C. W. (2007). ความรู้พื้นฐานทางชีวเคมี. Panamericana บรรณาธิการแพทย์.