Cấu trúc, chức năng, thủy phân ATP (adenosine triphosphate)



các ATP (adenosine triphosphate) là một phân tử hữu cơ có liên kết năng lượng cao được cấu thành bởi một vòng adenine, ribose và ba nhóm phosphate. Nó có vai trò cơ bản trong quá trình trao đổi chất, vì nó vận chuyển năng lượng cần thiết để duy trì một loạt các quá trình tế bào hoạt động hiệu quả.

Nó được biết đến rộng rãi bởi thuật ngữ "tiền tệ năng lượng", vì sự hình thành và sử dụng của nó xảy ra dễ dàng, cho phép "thanh toán" nhanh chóng các phản ứng hóa học cần năng lượng.

Mặc dù phân tử cho mắt thường nhỏ và đơn giản, nhưng nó giúp tiết kiệm một lượng năng lượng đáng kể trong các liên kết của nó. Các nhóm phốt phát có điện tích âm, trong lực đẩy liên tục, làm cho nó trở thành một liên kết bền vững và dễ bị phá vỡ.

Sự thủy phân ATP là sự phân hủy của phân tử bởi sự hiện diện của nước. Thông qua quá trình này, năng lượng chứa được giải phóng.

Có hai nguồn ATP chính: phosphoryl hóa ở cấp độ cơ chất và phosphoryl hóa oxy hóa, thứ hai là quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất bởi tế bào.

Phosphoryl hóa oxy hóa kết hợp quá trình oxy hóa FADH2 và NADH + H+ trong ty thể và sự phosphoryl hóa ở cấp độ cơ chất xảy ra bên ngoài chuỗi vận chuyển điện tử, trong các tuyến đường như glycolysis và chu trình axit tricarboxylic.

Phân tử này chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng cần thiết cho hầu hết các quá trình xảy ra bên trong tế bào, từ quá trình tổng hợp protein đến vận động, diễn ra. Ngoài ra, nó cho phép lưu lượng của các phân tử qua màng và tác động lên tín hiệu tế bào.

Chỉ số

  • 1 cấu trúc
  • 2 chức năng
    • 2.1 Cung cấp năng lượng cho việc vận chuyển natri và kali qua màng
    • 2.2 Tham gia tổng hợp protein
    • 2.3 Cung cấp năng lượng cho sự vận động
  • 3 Thủy phân
    • 3.1 Tại sao sự giải phóng năng lượng này xảy ra?
  • 4 Lấy ATP
    • 4.1 phosphoryl hóa oxy hóa
    • 4.2 Phosphoryl hóa ở mức cơ chất
  • Chu kỳ 5 ATP
  • 6 phân tử năng lượng khác
  • 7 tài liệu tham khảo

Cấu trúc

ATP, như tên gọi của nó, là một nucleotide có ba phốt phát. Cấu trúc đặc biệt của nó, đặc biệt là hai liên kết pyrophosphate, làm cho nó trở thành một hợp chất giàu năng lượng. Nó bao gồm các yếu tố sau:

- Một cơ sở nitơ, adenine. Các bazơ nitơ là các hợp chất tuần hoàn có chứa một hoặc nhiều nitơ trong cấu trúc của chúng. Chúng tôi cũng tìm thấy chúng như các thành phần trong axit nucleic, DNA và RNA.

- Ribose nằm ở trung tâm của phân tử. Nó là một loại đường thuộc loại pentose, vì nó có năm nguyên tử carbon. Công thức hóa học của nó là C5H10Ôi5. Carbon 1 của ribose được gắn vào vòng adenine.

- Ba gốc phốt phát. Hai cái cuối cùng là "các liên kết năng lượng cao" và được thể hiện trong các cấu trúc đồ họa với biểu tượng của virgulilla: ~. Nhóm phốt phát là một trong những hệ thống quan trọng nhất trong hệ thống sinh học. Ba nhóm được gọi là alpha, beta và gamma, từ gần nhất đến xa nhất.

Liên kết này rất bền, vì vậy nó được phân chia nhanh chóng, dễ dàng và tự phát khi các điều kiện sinh lý của sinh vật bảo đảm nó. Điều này xảy ra bởi vì các điện tích âm của ba nhóm phốt phát cố gắng di chuyển ra khỏi nhau liên tục.

Chức năng

ATP đóng vai trò không thể thiếu trong quá trình chuyển hóa năng lượng của hầu như tất cả các sinh vật sống. Vì lý do này, nó thường được gọi là tiền tệ năng lượng, vì nó có thể được chi tiêu và bổ sung liên tục chỉ trong vài phút..

Trực tiếp hoặc gián tiếp, ATP cung cấp năng lượng cho hàng trăm quá trình, ngoài vai trò là nhà tài trợ phốt phát.

Nói chung, ATP hoạt động như một phân tử tín hiệu trong các quá trình xảy ra bên trong tế bào, cần phải tổng hợp các thành phần của DNA và RNA và để tổng hợp các phân tử sinh học khác, nó tham gia vào quá trình lưu thông qua màng, trong số những người khác.

Việc sử dụng ATP có thể được chia thành các loại chính: vận chuyển các phân tử qua màng sinh học, tổng hợp các hợp chất khác nhau và cuối cùng là công việc cơ học.

Các chức năng của ATP rất rộng. Ngoài ra, nó liên quan đến rất nhiều phản ứng mà không thể gọi tên tất cả. Do đó, chúng tôi sẽ thảo luận về ba ví dụ cụ thể để minh họa cho mỗi trong ba cách sử dụng được đề cập.

Cung cấp năng lượng cho việc vận chuyển natri và kali qua màng

Tế bào là một môi trường cực kỳ năng động đòi hỏi phải duy trì nồng độ cụ thể. Hầu hết các phân tử không đi vào tế bào ngẫu nhiên hoặc ngẫu nhiên. Để một phân tử hoặc chất đi vào, nó phải làm như vậy bởi người vận chuyển cụ thể của nó.

Vận chuyển là các protein đi qua màng và hoạt động như "người giữ cửa" di động, kiểm soát dòng nguyên liệu. Do đó, màng có thể bán được: nó cho phép các hợp chất nhất định xâm nhập và các hợp chất khác thì không.

Một trong những phương tiện vận chuyển được biết đến nhiều nhất là bơm natri-kali. Cơ chế này được phân loại là vận chuyển tích cực, vì sự chuyển động của các ion xảy ra so với nồng độ của chúng và cách duy nhất để thực hiện chuyển động này là đưa năng lượng vào hệ thống, dưới dạng ATP.

Người ta ước tính rằng một phần ba ATP được hình thành trong tế bào được sử dụng để giữ cho máy bơm hoạt động. Các ion natri được bơm liên tục ra bên ngoài tế bào, trong khi các ion kali làm ngược lại.

Theo logic, việc sử dụng ATP không bị hạn chế trong việc vận chuyển natri và kali. Có những ion khác, chẳng hạn như canxi, magiê, trong số những loại khác, cần loại tiền năng lượng này để nhập.

Tham gia tổng hợp protein

Các phân tử protein được hình thành bởi các axit amin, liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Để hình thành chúng đòi hỏi phải phá vỡ bốn liên kết năng lượng cao. Nói cách khác, một số lượng đáng kể các phân tử ATP phải được thủy phân để hình thành protein có chiều dài trung bình.

Sự tổng hợp protein xảy ra trong các cấu trúc gọi là ribosome. Họ có thể diễn giải mã được sở hữu bởi RNA thông tin và dịch nó thành chuỗi axit amin, một quá trình phụ thuộc vào ATP.

Trong các tế bào hoạt động mạnh nhất, quá trình tổng hợp protein có thể điều khiển tới 75% ATP được tổng hợp trong công việc quan trọng này.

Mặt khác, tế bào không chỉ tổng hợp protein, nó còn cần lipit, cholesterol và các chất không thể thiếu khác và để làm được điều đó đòi hỏi năng lượng có trong các liên kết ATP..

Cung cấp năng lượng cho sự vận động

Công việc cơ khí là một trong những chức năng quan trọng nhất của ATP. Ví dụ, để cơ thể chúng ta có thể thực hiện sự co rút của các sợi cơ, sự sẵn có của một lượng lớn năng lượng là cần thiết.

Trong cơ bắp, năng lượng hóa học có thể được chuyển thành năng lượng cơ học nhờ sự sắp xếp lại các protein có khả năng co lại tạo thành nó. Chiều dài của các cấu trúc này được sửa đổi, rút ​​ngắn, tạo ra một sức căng dẫn đến việc tạo ra sự chuyển động.

Ở các sinh vật khác, sự di chuyển của các tế bào cũng xảy ra nhờ sự hiện diện của ATP. Ví dụ, sự di chuyển của lông mao và khuẩn mao cho phép sự dịch chuyển của một số sinh vật đơn bào nhất định xảy ra thông qua việc sử dụng ATP.

Một chuyển động đặc biệt khác là amip liên quan đến sự nhô ra của một giả giả ở đầu tế bào. Một số loại tế bào sử dụng cơ chế vận động này, bao gồm cả bạch cầu và nguyên bào sợi.

Trong trường hợp tế bào mầm, sự vận động là điều cần thiết cho sự phát triển hiệu quả của phôi. Các tế bào phôi di chuyển khoảng cách quan trọng từ nơi xuất phát của chúng đến khu vực nơi chúng phải bắt nguồn từ các cấu trúc cụ thể.

Thủy phân

Sự thủy phân ATP là một phản ứng liên quan đến sự phân hủy của phân tử bởi sự hiện diện của nước. Phản ứng được trình bày như sau:

ATP + Nước ⇋ ADP + Ptôi + năng lượng Ở đâu, thuật ngữ Ptôi nó đề cập đến nhóm phosphate vô cơ và ADP là adenosine diphosphate. Lưu ý rằng phản ứng là thuận nghịch.

Sự thủy phân ATP là một hiện tượng liên quan đến việc giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Sự vỡ của bất kỳ mối liên kết pyrophosphate nào dẫn đến việc giải phóng 7 kcal mỗi mol - cụ thể là 7,3 ATP thành ADP và 8.2 để sản xuất adenosine monophosphate (AMP) từ ATP. Điều này tương đương với 12.000 calo mỗi mol ATP.

Tại sao sự giải phóng năng lượng này xảy ra??

Bởi vì các sản phẩm của quá trình thủy phân ổn định hơn nhiều so với hợp chất ban đầu, đó là ATP.

Cần phải đề cập rằng chỉ có sự thủy phân xảy ra trên các liên kết pyrophosphate để tạo ra sự hình thành ADP hoặc AMP dẫn đến việc tạo ra năng lượng với số lượng quan trọng.

Sự thủy phân các liên kết khác trong phân tử không cung cấp nhiều năng lượng, ngoại trừ quá trình thủy phân pyrophosphate vô cơ, có một lượng năng lượng lớn.

Sự giải phóng năng lượng từ các phản ứng này được sử dụng để thực hiện các phản ứng trao đổi chất bên trong tế bào, vì nhiều quá trình này đòi hỏi năng lượng để hoạt động, cả trong các bước đầu của quá trình suy thoái và trong quá trình sinh tổng hợp các hợp chất.

Ví dụ, trong chuyển hóa glucose, các bước ban đầu liên quan đến quá trình phosphoryl hóa của phân tử. Trong các bước sau, ATP mới được tạo ra, để đạt được mức tăng ròng dương.

Từ quan điểm năng lượng, có những phân tử khác có sự giải phóng năng lượng lớn hơn ATP, bao gồm 1,3-biphosphoglycerate, carbamyl phosphate, creatinine phosphate và phosphoenolpyruvate.

Lấy ATP

ATP có thể thu được bằng hai con đường: phosphoryl hóa oxy hóa và phosphoryl hóa ở cấp độ cơ chất. Cái thứ nhất cần oxy trong khi cái thứ hai không cần. Khoảng 95% ATP được hình thành xảy ra trong ty thể.

Phosphoryl hóa oxy hóa

Phosphoryl hóa oxy hóa bao gồm một quá trình oxy hóa các chất dinh dưỡng trong hai giai đoạn: thu được các coenzyme giảm NADH và FADH2 dẫn xuất của vitamin.

Việc giảm các phân tử đòi hỏi việc sử dụng hydro từ các chất dinh dưỡng. Trong chất béo, sản xuất của coenzyme là đáng chú ý, nhờ vào số lượng lớn các hydro rằng những có trong cấu trúc của chúng, so với các peptide hoặc carbohydrate.

Mặc dù có một số cách sản xuất coenzyme, con đường quan trọng nhất là chu trình Krebs. Sau đó, các coenzyme giảm được tập trung trong chuỗi hô hấp nằm trong ty thể, chuyển các electron sang oxy.

Chuỗi vận chuyển điện tử được hình thành bởi một loạt các protein được ghép với màng, bơm các proton (H +) ra bên ngoài (xem hình ảnh). Các proton này lại xâm nhập qua màng thông qua một protein khác, ATP synthase, chịu trách nhiệm tổng hợp ATP.

Nói cách khác, chúng ta phải giảm coenzyme, nhiều ADP và oxy tạo ra nước và ATP.

Phosphoryl hóa ở cấp độ cơ chất

Phosphoryl hóa ở mức cơ chất không quan trọng như cơ chế được mô tả ở trên và, vì nó không cần các phân tử oxy, nên nó thường liên quan đến quá trình lên men. Cách này, mặc dù nó rất nhanh, trích xuất ít năng lượng, nhưng nếu chúng ta so sánh nó với quá trình oxy hóa thì nó sẽ ít hơn khoảng mười lăm lần.

Trong cơ thể chúng ta, các quá trình lên men xảy ra ở cấp độ của cơ bắp. mô này có thể hoạt động mà không cần oxy, vì vậy nó có thể là một phân tử glucose được phân giải thành axit lactic (khi chúng tôi đang làm một số môn thể thao đầy đủ, ví dụ).

Trong quá trình lên men, sản phẩm cuối cùng vẫn có tiềm năng năng lượng có thể được chiết xuất. Trong trường hợp lên men trong cơ bắp, các nguyên tử cacbon trong axit lactic có cùng mức giảm như các chất trong phân tử ban đầu: glucose.

Như vậy, sản xuất năng lượng xảy ra bởi sự hình thành các phân tử với trái phiếu năng lượng cao, bao gồm 1,3- bifosfoglirato và phosphoenolpyruvate.

Trong glycolysis, ví dụ, quá trình thủy phân của các hợp chất có liên quan đến việc sản xuất của các phân tử ATP, do đó thuật ngữ "chất nền cấp".

Chu kỳ ATP

ATP không bao giờ được lưu trữ. Đó là trong một chu kỳ sử dụng và tổng hợp liên tục. Theo cách này, một sự cân bằng được tạo ra giữa ATP được hình thành và sản phẩm thủy phân của nó, ADP.

Các phân tử năng lượng khác

ATP không phải là phân tử duy nhất bao gồm nucleoside biphosphate tồn tại trong chuyển hóa tế bào. Có một loạt các phân tử có cấu trúc tương tự ATP có hành vi năng lượng tương đương, mặc dù chúng không phổ biến như ATP.

Ví dụ nổi bật nhất là GTP, guanosin triphosphate, được sử dụng trong chu trình Krebs đã biết và trong con đường gluconeogen. Những thứ khác ít được sử dụng là CTP, TTP và UTP.

Tài liệu tham khảo

  1. Guyton, A.C., & Hall, J. E. (2000). Sách giáo khoa sinh lý con người.
  2. Hội trường, J. E. (2017). Chuyên luận Guyton E Hall về sinh lý y tế. Elsevier Brazil.
  3. Thoát vị, A. G. D. (2010). Hiệp ước dinh dưỡng: Thành phần và chất lượng dinh dưỡng của thực phẩm. Ed. Panamericana Y tế.
  4. Lim, M. Y. (2010). Các yếu tố cần thiết trong quá trình trao đổi chất và dinh dưỡng. Yêu tinh.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). Hóa sinh. Biên tập Hướng dẫn hiện đại.
  6. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2007). Nguyên tắc cơ bản của hóa sinh. Biên tập y khoa Panamericana.