Adenozin-trifosfat

Adenozin trifosfat
Adenozin trifosfat
Općenito
Hemijski spoj	Adenozin trifosfat
Druga imena	adenozin 5'-(tetrahidrogen trifosfat)
CAS registarski broj	56-65-5
Osobine1
Molarna masa	507,181 g/mol
	1 Gdje god je moguće korištene su SI jedinice. Ako nije drugačije naznačeno, dati podaci vrijede pri standardnim uslovima.

Adenozin trifosfat ili ATP je istovremeno i glavno unutarćelijsko "skladište" i izvor i prijemnik energije. Ćelija može normalno funkcionisati i obavljati redovne životne funkcije samo kad na raspolaganju ima dovoljnu količinu ATP-a, tj. energije. Najveća količina ATP-a kod životinja nastaje u mitohondrijama, u kojima se oslobađa energija potrebna za sintezu (ćelijsko disanje). Kod biljaka, značajni proizvođači ATP-a su i hloroplasti, u kojima se koristi energija fotosinteze.^[1]^[2] ^[3]

Građa ATP-a

Prikaz rotacije jednostruke gasne faze magnezij-ATP helata sa nadležnosi za 2-. Molekula je optimizirana na UB3LYP/6-311 ++ G (d, p) teorijskom nivou i atomskoj konektivnosti, vještački izmijenjena putem optimizatora za odražavanje vjerojatne elektronske strukture.

Adenozin trifosfat građen je od nitrogenove baze adenina, monosaharida riboze i tri molekule fosfora. Prva molekula fosfora na ribozu vezana je čvrstom kovalentnom vezom, te nije energetski bogata. Druge dvije molekule fosfora jedna za drugu vezane su fosfatnim vezama. Zato se ćelija služi hidrolizom kako bi odvojila fosfate i tako dobila energiju iz energijom bogatih veza.

Procesi korištenja fosfatnih veza

Shematski prikaz dijelova molekule adenozin-trifosfata i fosfatnih veza

Fosforilacija

U fosfatnim vezama energija se dobija staničnim procesom fosforilacije. Fosforilacija je proces pri kojemu se na adenozin monofosfat (AMP) veže dodatni fosfat energetski bogatom vezom i nastaje adenozin difosfat (ADP) nakon toga još jedan fosfat se veže na drugi i nastaje treća energijom bogata fosfatna veza (dobijamo ATP). Proces fosforilacije odvija se u mitohondrijama, a energija, koja se ulaže u veze, je ona koja se dobija iz ćelijskog disanja.

Hidroliza ATP-a

Za svoje aktivnosti ćelija troši energiju koju je pohranila u fosfatne veze pomoću hidrolize. Hidroliza ATP-a je proces pri kojem dolazi do pucanja zadnje fosfatne veze i otcjepljenja zadnjeg fosfata. Pri tome nastaje ADP, energetski siromašniji spoj koji sadrži samo jednu energijom bogatu vezu. Ako je ćeliji potrebno još energije, ona odcjepljuje još jedan fosfat, puca i druga veza, te se oslobađa energija koja je dalje potrebna ćeliji.

Glukoza

U mitohondrijama, piruvat se oksidira pomoću kompleksa piruvat dehidrogenaze. Acetil grupa, koja u potpunosti oksidira u ugljen dioksid tokom ciklusa limunske kiseline (također poznatog kao Krebsov ciklus). Svaki "obrt" kroz ciklus limunske kiseline proizvodi dvije molekule ugljendioksida, jednu molekulu ATP ekvivalenta guanozin trifosfata (GTP) kroz fosforilaciju (kataliziranu sukcinil-CoA sintetazom), tri molekule smanjenog koenzima NADH i jednu molekulu smanjenog koenzima FADH 2. Obje ove druge molekule se recikliraju u svoj oksidirani oblik (NAD +, odnosno FAD) preko transportnog elektrona lanca , što stvara dodatni ATP iz oksidativne fosforilacije . Oksidacija prvo rezultatira NADH molekulom u sintezi 2-3 ATP molekula, i oksidacijom jednog FADH2 prinosa između 1-2 ATP molekula. Većina ćelijskog ATP se stvara u ovom procesu. Iako je ciklus limunske kiseline ne uključuje molekulski kisika, to je obavezno aerobni proces, jer je potrebn O2 da se reciklira smanjenje NADH i FADH2 do svog oksidiranog stanja. U nedostatku kisika, ciklusu limunske kiseline će prestati raditi, zbog nedostatka raspoloživih NAD + i FAD.

Generiranje ATP iz mitohondrija od citosolnog NADH oslanja se na malat-aspartat transport (i u manjoj mjeri glicerol-fosfat transportere), jer se unutarnja membrana mitohondrija nepropusna za NADH i NAD +.. Umjesto prenošenja generira NADH, a enzim malat dehidrogenaza pretvara oksaloacetat u malat, koji se translokacion na mitohondrijsku matricu. Još jedna reakcija koju katalizira malate dehidrogenaza javlja se u suprotnom smjeru, proizvodnjom oksaloacetata i NADH, iz nedavno nastalog malata i unutrašnjef skladišta NAD + u mitohondrijama. Transaminaza pretvara oksaloacetat u aspartat za transport vraćanjem kroz membranu i u međumembranski prostor.

Oksidativna fosforilacija, prolazak elektrona iz NADH i FADH2 kroz elektronski transportni lanac omogućava pumpanje protona iz mitohondrijske matrice i u međumembransk8 prostor. To stvara protonski motiv sila koji je neto učinak pH gradijenta i gradijenta električnog potencijala, preko unutrašnje membrane mitohondrija. Protok protona kroz taj potencijalski gradijent - to jest, matricu međumembranskog prostora - daje pokretačku snaga za sintezu ATP, uz katalitsko djelovanje ATP sintaze . Ovaj enzim sadrži rotorsku podjedinicu koja fizički rotira u odnosu na statičke dijelovi proteina, tokom sinteze ATP.

Većina molekula ATP sintetiziranih u mitohondrijama se koristiti za mobilne procese u citosolu, tako da mora biti izvezena sa svog mjesta sinteze u mitohondrijskoj matrici. Unutrašnje membrane sadrži antiporter , na ADP / ATP translokazi, koja se kao sastavni membrane protein koristi za razmjenu novosintetiranih ATP u matrici za ADP u međumembranskom prostoru. Ovo premještanje je vođeno membranskim potencijalom, što rezultira u kretanjem oko četiri negativne pojave iz mitohondrijske membrane u zamjenu za tri negativne za premještanje unutra. Međutim, to je također potrebno za transport fosfata u mitohondrije; fosfatni nosači pokreću proton sa svakog fosfata, djelomično trošeći protonski gradijent.

Beta oksidacija

Masne kiseline mogu se razlagani na acetil-CoA beta-oksidacijom. Svaki krug ovog ciklusa smanjuje dužinu acil lanca dva atoma ugljika i proizvodi jedan NADH i jedan FADH2 molekule, koje se koriste za proizvodnju ATP, oksidativnom fosforilacijom. Jer NADH i FADH2 su energetski bogate molekule i desetine ATP molekula koje mogu biti generirane beta-oksidacijom jednog dugog acil lanaca. Visok prinos energije ovog procesa i kompaktno skladištenje masti objašnjava zašto je to najbogatiji izvor kalorija iz hrane.

Fermentacija

Glavni članak: fermentacije (biokemija) Fermentacije podrazumijeva proizvodnju energije kroz proces fosforilacije u odsustvu respiratornog elektronskog transportnog lanca . U većini eukariota, glukoza se koristi i kao energetski izvor i donator elektrona. Jednadžba za oksidaciju glukoze u mliječnu kiselinu je:

C₆H₁₂O₆ 2 CH₃CH(OH)COOH + 2 ATP

Anaerobna disanje

Anaerobno disanje je proces disanja pomoću elektronskih akceptora osim O 2 . Kod prokariota, u anaerobnom disanju se javlja više akceptanata elektrona. To uključuje nitrate , sulfate ili ugljendioksid. Ovi procesi dovode do ekološki značajnih procesa. Kao što su denitrifikacija, smanjenje sulfata i/ili acetogeneza

Dopunjavanje ATP iz nukleozida difosfat kinaze

ATP može biti sintetiziran kroz nekoliko tzv "dopunjavanje" reakcije katalizira enzim porodice nukleozida difosfat kinaze (NDKs), koje koriste druge nukleozida triphosphates kao fosfata donatora visoke energije, kao i ATP: guanido-phosphotransferase obitelji,

Proizvodnje ATP tokom fotosinteze

U biljkama, ATP se sintetizira u itilakoidnoj membrane hloroplasta u svjetloj fazi fotosinteze, u procesu koji se naziva fotofosforilacija. Tako, svjetlosna energija se koristi za pumpanje protona preko membrane.hloroplasta. To donosi snagu protonskom motivu, što vodi ka intazi ATP, baš kao i u oksidativnoj fosforilaciji. Neke od molekula ATP proizvedene u hloroplasti se troši u Calvinovom ciklusu, u kojem se proizvode šećeri trioze.

Recikliranje ATP

Ukupna količina ATP u ljudskom tijelu je oko 0,2 mola . Većina ATP se obično ne sintetizirani de novo, ali se iz ADP proizvedi tokom navedenih procesa. Tako, u svakom trenutku, uukupni iznos ATP + ADP ostaje prilično konstantan. Energija koju koriste ljudske ćelije zahtijeva hidrolizu od 100-150 mola ATP svakodnevno, što je oko 50–75 kg. Ljudsko tijelo do svoje tjelesne težine obično koristi ATP tokom dana. To znači da se svaki ATP molekula, u toku jednog dana, reciklira oko 500-750 puta (100 / 0,2 = 500). ATP se ne može se čuvati, pa potrošnja blisko prati njegovu sintezu. Međutim ukupno oko 5g ATP koriste procesi kretanja u bilo koje vrijeme.

Regulacija biosinteze

Proizvodnja ATP u aerobnim eukariotskim ćelijama čvrsto je regulirana alosterskim mehanizama, sa efektom povratnih informacija, a koncentracija supstrata zavisi od pojedinih enzima glikolize i oksidativnih puteva fosforilacije. Ključne kontrolne točke se javljaju u enzimskim reakcijama koje su, pod fiziološkim uvjetima, toliko energetski povoljne da su praktično nepovratne

U glikolizi, heksozakinazom se direktno inhibira njen proizvod, glukozo-6-fosfat, a piruvat kinaza je inhibirana svojom ATP. Glavna kontrolna tačka za glikolitski put je fosfofruktokinaza (PFK), koja alosterično inhibira visoke koncentracije ATP i aktivira visoke koncentracije AMP. Inhibicija PFK putem ATP je neobična, jer ATP je i supstrat u reakciji kataliziranoj putem PFK; biološki aktivni oblik enzima je tetramer koji postoji u dva moguća konformacije, od kojih su samo jedne veže drugu podlogu fruktoze-6-fosfat (F6P). Protein ima dva mjesta vezivanja za ATP - aktivno mjesto]] je dostupno u obje proteinske konformacije, ali ATP na mjestu inhibitora stabilizira potvrda da je vezivanje F6P loše. Broj drugih malih molekula može nadoknaditi ATP-izazvani pomak u ravnoteži formiranja i reaktiviranja PFK, uključujući ciklični AMP , amonijum jon, neorganske fosfate, i fruktozo- 1,6 i 2,6 difosfate.

Ciklus limunske kiseline uglavnom regulira dostupnost ključnih supstrata, posebno odnosa NAD + - NADH i koncentraciju kalcija, neorganskih fosfata, ATP, ADP i AMP. Mplekula citrata – koja daja ime u ciklusu – je povratna informacija inhibitoru citrat sintazi i inhibiru PFK, pružajući direktnu veza između regulacije ciklusa limunske kiseline i glikolize.

U oksidativnoj fosforilaciji, ključna je kontrola reakcija katalizirane citokrom C-oksidazom , što je regulira dostupnost svojih supstrata – u smanjenom obliku citohroma C . Iznos smanjenja citokroma C dostupan je u direktnoj vezi sa količinom drugih supstrata:

što direktno implicira ovu jednadžbu:

{\frac {1}{2}}\mathrm {NADH} +\mathrm {cyt~c_{ox}} +\mathrm {ADP} +P_{i}\iff {\frac {1}{2}}\mathrm {NAD^{+}} +\mathrm {cyt~c_{red}} +\mathrm {ATP}

koji direktno implicija jednadžbu:

{\frac {\mathrm {cyt~c_{red}} }{\mathrm {cyt~c_{ox}} }}=\left({\frac {[\mathrm {NADH} ]}{[\mathrm {NAD} ]^{+}}}\right)^{\frac {1}{2}}\left({\frac {[\mathrm {ADP} ][P_{i}]}{[\mathrm {ATP} ]}}\right)K_{eq}

Tako visoka stopa: [NADH] → [NAD⁺] ili visok odnos [ADP] [P_i] prema [ATP] implicira visok iznos reduciranod citohroma c i visoku razinu aktivnosti citohrom oksidaze c.

Dodatni nivo regulacije se odvija putem stope transporta ATP i NADH između mitohondrijskog matriksa i citoplazme.^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]^[9]

Također pogledajte

Adenozin difosfat (ADP)
Adenozin monofosfat (AMP)
Ciklični adenozin monofosfat (cAMP)
ATPaze
Hidroliza adenozin trifosfata
Ciklus limunske kiseline (poznat i kao Krebsov ciklus)
Fosfagen
Faktor razmjene nukledita
Mitohondrija
Fotofosforilacija

Reference

^ Koolman J., Roehm K. H. (2005): Color Atlas of Biochemistry. Georg Thieme Verlag, p. 123Stuttgart, Germany:. ISBN 3-13-100372-3.
^ Daintith J., ed. (2004). Oxford Dictionary of Chemistry. Oxford, England: Oxford University Press. p. 435. ISBN 0-19-860918-3.
^ Gajewski E., Steckler D., Goldberg R. (1986): Thermodynamics of the hydrolysis of adenosine 5'-triphosphate to adenosine 5'-diphosphate. (PDF). J Biol Chem 261 (27): 12733–7. PMID 3528161.
^ Berg J. M., Tymoczko J. L., Stryer L. (2007): Biochemistry (6th ed.). W. H. Freeman, New York, ISBN 0-7167-8724-5.
^ Stryer, Lubert (2002). Biochemistry (5th ed.). W.H. Freeman and Company, New York, ISBN 0-7167-1843-X.
^ Storer A., Cornish-Bowden A. (1976): Concentration of MgATP2− and other ions in solution. Calculation of the true concentrations of species present in mixtures of associating ions. Biochem J 159 (1): 1–5. PMC 1164030. PMID 11772.
^ Wilson J, Chin A (1991). "Chelation of divalent cations by ATP, studied by titration calorimetry". Anal Biochem 193 (1): 16–9. doi:10.1016/0003-2697(91)90036-S., PMID 1645933.
^ Rich P. R. (2003): The molecular machinery of Keilin's respiratory chain. Biochem. Soc. Trans. 31 (Pt 6): 1095–105. doi:10.1042/BST0311095. PMID 14641005.
^ Lodish H Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky S. L., Darnell J. (2004). Molecular Cell Biology (5th ed.). New York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4366-8.

Vanjski linkovi

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: Adenozin-trifosfat