Adenosintrifosfat (ATP): Definition, struktur og funktion

ATP (adenosintriphosphat) er et organisk molekyle, der findes i levende celler. Organismer skal være i stand til at bevæge sig, reproducere og finde næring.

Disse aktiviteter tager energi og er baseret på kemiske reaktioner inde i cellerne, der udgør organismen. Energien til disse cellulære reaktioner kommer fra ATP-molekylet.

Det er den foretrukne brændstofkilde til de fleste levende ting og omtales ofte som den "molekylære valutaenhed."
ATP's struktur

ATP-molekylet har tre dele:

1. Adenosin-modulet er en nitrogenholdig base, der består af fire nitrogenatomer og en NH2-gruppe på en kulstofforbindelse-rygrad.
   
2. Ribosegruppen er et fem-kulstofsukker i midten af molekylet.
   
3. Fosfatgrupperne er oprettet og forbundet med ilt-atomer på ydersiden af molekylet, væk fra adenosin-gruppen.
   
   

   Energi lagres i forbindelserne mellem fosfatgrupperne. Enzymer kan løsne en eller to af fosfatgrupperne, der frigør den lagrede energi og brændstofaktiviteter såsom muskelsammentrækning. Når ATP mister en phosphatgruppe, bliver det ADP eller adenosindiphosphat. Når ATP mister to phosphatgrupper, skifter det til AMP eller adenosin monophosphat.
   Hvordan Cellular Respiration producerer ATP
   

   Respirationsprocessen på celleniveau har tre faser.
   

   I de første to faser, glukosemolekyler nedbrydes og CO2 produceres. Et lille antal ATP-molekyler syntetiseres på dette tidspunkt. Det meste af ATP oprettes i den tredje fase af respiration via et proteinkompleks kaldet ATP-syntase.
   

   Den endelige reaktion i den fase kombinerer et halvt molekyle ilt med brint for at producere vand. De detaljerede reaktioner på hver fase er som følger:
   Glykolyse
   

   Et seks-carbon-glukosemolekyle modtager to fosfatgrupper fra to ATP-molekyler og omdanner dem til ADP. Det seks-carbon-glukosefosfat er opdelt i to tre-carbon-sukkermolekyler, der hver er knyttet en phosphatgruppe.
   

   Under virkningen af coenzym NAD + bliver sukkerfosfatmolekylerne tre-carbon-pyruvatmolekyler. NAD + -molekylet bliver NADH, og ATP-molekyler syntetiseres fra ADP.
   Krebs-cyklussen
   

   Krebs-cyklussen kaldes også citronsyrecyklus, og det afslutter nedbrydningen af glukosemolekylet, mens det genererer mere ATP molekyler. For hver pyruvatgruppe oxideres et molekyle af NAD + til NADH, og coenzym A leverer en acetylgruppe til Krebs-cyklussen, mens der frigives et kuldioxidmolekyle.
   

   For hver omdrejning af cyklussen gennem citronsyre og dens derivater producerer cyklussen fire NADH-molekyler for hvert pyruvat-input. Samtidig overtager molekylet FAD to hydrogener og to elektroner til at blive FADH2, og der frigives yderligere to kuldioxidmolekyler.
   

   Endelig produceres et enkelt ATP-molekyle pr. Omdrejningsperiode.
   

   Fordi hvert glukosemolekyle producerer to pyruvat-indgangsgrupper, er to omdrejninger af Krebs-cyklussen nødvendige for at metabolisere et glukosemolekyle. Disse to vendinger producerer otte NADH-molekyler, to FADH2-molekyler og seks kuldioxidmolekyler.
   Elektrontransportkæden
   

   Den sidste fase af celle respiration er elektrontransportkæden eller ETC. Denne fase bruger ilt og de enzymer, der er produceret af Krebs-cyklussen til at syntetisere et stort antal ATP-molekyler i en proces kaldet oxydativ phosphorylering. NADH og FADH2 donerer elektroner til kæden oprindeligt, og en række reaktioner bygger op potentiel energi til at skabe ATP-molekyler.
   

   For det første bliver NADH-molekyler NAD +, da de donerer elektroner til det første proteinkompleks i kæden. FADH2-molekylerne donerer elektroner og hydrogener til det andet proteinkompleks i kæden og bliver FAD. NAD + og FAD-molekylerne returneres til Krebs-cyklussen som input.
   

   Når elektronerne bevæger sig ned ad kæden i en række reduktion og oxidation eller redoxreaktioner, bruges den frigjorte energi til at pumpe proteiner over en membran , enten cellemembranen til prokaryoter eller i mitokondrierne for eukaryoter.
   

   Når protonerne diffunderer tilbage over membranen gennem et proteinkompleks kaldet ATP-syntase, bruges protonenergien til at knytte en yderligere fosfatgruppe til ADP ATP-molekyler.
   Hvor meget ATP produceres i hver fase med cellulær respiration?
   

   ATP produceres i hvert trin i cellulær respiration, men de første to trin fokuserer på at syntetisere stoffer til anvendelse af det tredje fase, hvor hovedparten af ATP-produktion finder sted.
   

   Glykolyse bruger først to molekyler af ATP til opdeling af et glukosemolekyle, men skaber derefter fire ATP-molekyler til en nettogevinst på to. Krebs-cyklussen producerede yderligere to ATP-molekyler for hvert anvendt glucosemolekyle. Endelig bruger ETC elektrondonorer fra de foregående trin til at fremstille 34 molekyler af ATP.
   

   De kemiske reaktioner ved cellulær respiration producerer derfor i alt 38 ATP-molekyler for hvert glukosemolekyle, der går ind i glycolyse.
   

   I nogle organismer bruges to molekyler af ATP til at overføre NADH fra glycolysereaktionen i cellen til mitokondrierne. Den samlede ATP-produktion for disse celler er 36 ATP-molekyler.
   Hvorfor har celler brug for ATP?
   

   Generelt har celler brug for ATP til energi, men der er flere måder den potentielle energi fra phosphatbindingerne i ATP-molekyle anvendes. De vigtigste træk ved ATP er:
   
   

4. Det kan oprettes i en celle og bruges i en anden.
   
5. Det kan hjælpe med at bryde fra hinanden og opbygge komplekse molekyler.
   
6. Det kan føjes til organiske molekyler for at ændre deres form. Alle disse funktioner har indflydelse på, hvordan en celle kan bruge forskellige stoffer.
   
   

   Den tredje fosfatgruppebinding er den mest energiske, men afhængigt af processen kan et enzym ødelægge en eller to af phosphatbindingerne. Dette betyder, at phosphatgrupperne bliver midlertidigt bundet til enzymmolekylerne, og der produceres enten ADP eller AMP. ADP- og AMP-molekylerne ændres senere tilbage til ATP under cellulær respiration.
   

   Enzymmolekylerne overfører phosphatgrupperne til andre organiske molekyler.
   Hvilke processer bruger ATP?
   

   ATP findes gennem levende væv, og det kan krydse cellemembraner for at levere energi, hvor organismerne har brug for det. Tre eksempler på ATP-anvendelse er syntese af organiske molekyler, der indeholder fosfatgrupper, reaktioner lettet ved ATP og aktiv transport af molekyler over membraner. I begge tilfælde frigiver ATP en eller to af dets phosphatgrupper for at lade processen finde sted.
   

   F.eks. Består DNA og RNA-molekyler af nukleotider, der kan indeholde phosphatgrupper. Enzymer kan løsrive fosfatgrupper fra ATP og føje dem til nucleotider efter behov.
   

   For processer, der involverer proteiner, aminosyrer eller kemikalier, der bruges til muskelkontraktion, kan ATP bundne en fosfatgruppe til et organisk molekyle. Fosfatgruppen kan fjerne dele eller hjælpe med at tilføje tilsætninger til molekylet og derefter frigive det efter at have ændret det. I muskelceller udføres denne form for handling for hver sammentrækning af muskelcellen.
   

   I aktiv transport kan ATP krydse cellemembraner og bringe andre stoffer med sig. Det kan også knytte fosfatgrupper til molekyler for at ændre deres form og give dem mulighed for at passere gennem cellemembraner. Uden ATP ville disse processer stoppe, og celler ville ikke længere være i stand til at fungere.