ATP: n rakenne ja biologinen rooli. ATP: n tehtävät

Kaikissa kehomme soluissa tapahtuu miljoonia biokemiallisia reaktioita. Niitä katalysoi erilaisia entsyymejä, jotka vaativat usein energiaa. Missä solu ottaa sen? Tätä kysymystä voidaan vastata, jos otetaan huomioon ATP-molekyylin rakenne, joka on yksi tärkeimmistä energialähteistä.

ATP on universaali energianlähde

ATP dekoodataan adenosiinitrifosfaatiksi tai adenosiinitrifosforihapoksi. Aine on yksi kahdesta tärkeimmästä energianlähteestä kussakin solussa. ATP: n rakenne ja biologinen rooli liittyvät läheisesti toisiinsa. Suurin osa biokemiallisista reaktioista voi tapahtua vain aineen molekyylien kanssa, erityisesti muovin aineenvaihdunnan osalta. ATP: tä kuitenkin harvoin liittyy suoraan reaktioon: minkä tahansa prosessin virtausta varten tarvitaan energiaa, joka on juuri adenosiinitrifosfaatin kemiallisissa sidoksissa .

Aineen molekyylien rakenne on sellainen, että syntyneillä fosfaattiryhmien välisissä sidoksissa on valtava määrä energiaa. Siksi tällaisia suhteita kutsutaan myös makrogeeniksi tai makroeneriseksi (makro = suuri, suuri määrä). Fysioterapeutin F. Lipman esitteli käsitteen makrofiiliset sidokset ensin, ja hän myös ehdotti значок-symbolin käyttöä nimeämistään varten.

Solun kannalta on erittäin tärkeää säilyttää vakio adenosiinitrifosfaatti. Tämä pätee erityisesti lihaskudosten ja hermokuitujen soluihin, koska ne ovat kaikkein epävakaimpia ja edellyttävät suurta adenosiinitrifosfaattipitoisuutta niiden tehtävien hoitamiseen.

ATP-molekyylin rakenne

Adenosiinitrifosfaatti koostuu kolmesta elementistä: riboosi, adeniini ja fosforihappotähteet.

Riboosi on pentoosiryhmään kuuluva hiilihydraatti. Tämä tarkoittaa, että riboosikoostumuksessa on 5 hiiliatomia, jotka suljetaan sykliin. Riboosi sitoutuu p-N-glykosidisidoksen adeniiniin 1-hiiliatomilla. Myös pentosaanin lisätään 5-hiiliatomin fosforihapon jäännöksiä.

Adeniini on typpipitoinen emäs. Riippuen siitä, mikä typpipitoinen emäs on kiinnittynyt riboosiin, eristetään myös GTP (guanosiinitrifosfaatti), TTP (tymidiinitrifosfaatti), TCC (sytidiinitrifosfaatti) ja UTP (uridiinitrifosfaatti). Kaikki nämä aineet ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin adenosiinitrifosfaatti ja niillä on suunnilleen samat toiminnot, mutta ne ovat paljon harvinaisempia solussa.

Fosforihapon jäänteet . Riboosi voidaan liittää mahdollisimman paljon fosforihapon kolmeen tähteeseen. Jos on olemassa kaksi tai vain yksi, niin ainetta kutsutaan ADP (difosfaatti) tai AMP (monofosfaatti) vastaavasti. Juuri fosforijäännösten välillä tehdään makroenergiset sidokset, joiden murtuma vapautuu 40-60 kJ: sta energiaa. Jos kaksi joukkoliikennettä hajoaa, 80 kohdistetaan ja harvemmin - 120 kJ energiaa. Jos riboosin ja fosforijäännöksen välinen sidos menee rikki, vapautuu vain 13,8 kJ, joten trifosfaattimolekyylissä on vain kaksi makrogeenisidosta (P ↔ P ↔ P) ja yksi (P ξ P) ADP-molekyylissä.

Tässä ovat ATP: n rakenteen ominaisuudet. Koska fosforihappotähteiden välille muodostuu macron-energiasidos, ATP: n rakenne ja toiminnot ovat toisiinsa sidoksissa.

ATP: n rakenne ja molekyylin biologinen rooli. Adenosiinitrifosfaatin lisätoiminnot

Energian lisäksi ATP voi suorittaa monia muita toimintoja solussa. Yhdessä muiden nukleotiditrifosfaattien kanssa trifosfaatti on mukana nukleiinihappojen rakentamisessa. Tässä tapauksessa ATP, GTP, TTF, CTF ja UTP ovat typpipitoisten emästen toimittajia. Tätä ominaisuutta käytetään DNA-replikaation ja transkription prosesseissa.

Myös ATP on välttämätön ioni- kanavien toiminnan kannalta. Esimerkiksi Na-K-kanava pumput 3 natriummolekyylit solusta ja pumppaa 2 kaliummolekyyliä soluun. Tätä ionivirtaa tarvitaan säilyttämään positiivinen varaus membraanin ulkopinnalle, ja vain adenosiinitrifosfaatin avulla voidaan kanavan toiminto. Sama koskee proton- ja kalsiumkanavia.

ATP on sekundaarisen lähettimen cAMP: n (syklinen adenosiinimonofosfaatti) prekursori - cAMP ei ainoastaan välitä solukalvoreseptoreiden saamaa signaalia vaan on allosteerinen efektori. Allosteeriset efektorit ovat aineita, jotka nopeuttavat tai hidastavat entsymaattisia reaktioita. Siksi syklinen adenosiinitrifosfaatti estää entsyymin synteesin, joka katalysoi laktoosin pilkkoutumista bakteerisoluissa.

Adenosiinitrifosfaatin erittäin molekyyli voi olla myös allosteerinen efektori. Ja samankaltaisissa prosesseissa ATP-antagonisti on ADP: jos trifosfaatti kiihdyttää reaktiota, niin difosfaatti inhiboi ja päinvastoin. Tällaiset ovat ATP: n tehtävät ja rakenne.

Miten ATP muodostuu solussa

ATP: n toiminnot ja rakenne ovat sellaisia, että aineen molekyylejä käytetään nopeasti ja tuhoutuvat. Siksi trifosfaatin synteesi on tärkeä energiantuotantoprosessi solussa.

Adenosiinitrifosfaatin synteesiä on kolme tärkeintä tapaa:

1. Substrate-fosforylaatio.

2. Hapettava fosforylaatio.

3. Fotofosforylaatio.

Alustan fosforylaatio perustuu useisiin solun sytoplasmaan kohdistuviin reaktioihin. Näitä reaktioita kutsutaan glykolyysi - anaerobinen vaihe aerobinen hengitys. Yhden glukoosin molekyylin glykolyysin seurauksena syntetisoidaan kaksi molekyyliä pyruvavihappoa, joita käytetään edelleen energian tuottamiseen, ja myös kaksi ATP: tä syntetisoidaan.

• C 6H 12O ₆ + 2 ADP + 2 FN -> 2C3H4O3 + 2 ATP + 4H.

Hapettava fosforylaatio. Hengityselimet

Hapettava fosforylaatio on adenosiinitrifosfaatin muodostuminen elektroninsiirrolla kalvon elektronikuljetusketjun kautta. Tämän siirtämisen seurauksena muodostuu protonikradientti kalvon toiselle puolelle ja molekyyli rakennetaan proteiinin integraalin ATP-syntaasi -kompleksin avulla. Prosessi etenee mitokondriokalvolla.

Glykolyysin ja oksidatiivisen fosforylaation vaiheiden sekvenssi mitokondriassa muodostaa yleisen prosessin, jota kutsutaan hengitykseksi. Yhden glukoosin molekyylin täydellisen syklin jälkeen soluun muodostuu 36 ATP-molekyyliä.

photophosphorylation

Fotofosforylaatioprosessi on sama hapettava fosforylaatio vain yhdellä erolla: fotofosforylaatioreaktiot tapahtuvat solun klooriplasteissa valon vaikutuksen alaisena. ATP muodostuu fotosynteesin valon vaiheessa - tärkein prosessi, jolla saadaan energiaa vihreiltä kasveilta, leviltä ja eräiltä bakteereilta.

Fotosynteesin prosessissa elektronit kulkevat saman elektronikaisteketjun läpi, minkä seurauksena syntyy protonikradientti. Protonien pitoisuus membraanin toisella puolella on ATP-synteesin lähde. Molekyylit kootaan ATP-syntaasientsyymillä.

Mielenkiintoisia tietoja ATP: stä

- Keskimääräinen solu sisältää 0,04% adenosiinitrifosfaattia koko massasta. Suurin arvo kuitenkin havaitaan lihassoluissa: 0,2-0,5%.

- Solussa on noin 1 miljardia ATP-molekyyliä.

- Jokainen molekyyli elää enintään 1 minuutti.

- Yksi molekyyli adenosiinitrifosfaattia uusitaan päivittäin 2000-3000 kertaa.

- Yhden päivän ajan ihmiskeho syntetisoi 40 kg adenosiinitrifosfaattia ja joka hetki ATP-kanta on 250 g.

johtopäätös

ATP: n rakenne ja molekyylien biologinen rooli liittyvät läheisesti toisiinsa. Aineella on keskeinen rooli elämäprosesseissa, koska fosfaattijäämien väliset makrogeeliset sidokset sisältävät valtavan määrän energiaa. Adenosiinitrifosfaatti suorittaa monia toimintoja solussa, ja siksi on tärkeää säilyttää aineen jatkuva konsentraatio. Hajoaminen ja synteesi jatkuvat suurella nopeudella, koska sitovaa energiaa käytetään jatkuvasti biokemiallisissa reaktioissa. Se on elimen jokaisen solun välttämätön aine. Täällä, ehkä, ja kaikki mitä voidaan sanoa siitä, mitä rakenteessa ATP on.