ATP (الأدينوسين ثلاثي الفوسفات) هيكل ، وظائف ، التحلل المائي

ال ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) هو جزيء عضوي ذو روابط عالية الطاقة مكونة من حلقة الأدينين والريبوز وثلاث مجموعات من الفوسفات. له دور أساسي في عملية التمثيل الغذائي ، لأنه ينقل الطاقة اللازمة للحفاظ على سلسلة من العمليات الخلوية تعمل بكفاءة.

ومن المعروف على نطاق واسع بمصطلح "عملة الطاقة" ، حيث أن تكوينها واستخدامها يحدثان بسهولة ، مما يسمح "بدفع" التفاعلات الكيميائية التي تتطلب الطاقة بسرعة.

على الرغم من أن جزيء العين المجردة صغير وبسيط ، إلا أنه يوفر كمية كبيرة من الطاقة في روابطه. مجموعات الفوسفات لها شحنات سالبة ، وهي في تنافر مستمر ، مما يجعلها رابطًا قابلاً للتمييز وكسر بسهولة.

التحلل المائي لل ATP هو انهيار الجزيء بسبب وجود الماء. من خلال هذه العملية يتم تحرير الطاقة الموجودة.

هناك نوعان من المصادر الرئيسية للاعبي التنس المحترفين: الفسفرة على مستوى الركيزة والفسفرة المؤكسدة ، والأخير هو الأكثر أهمية والأكثر استخداما من قبل الخلية.

الفسفرة التأكسدية الأزواج أكسدة FADH₂ و NADH + H⁺ في الميتوكوندريا والتفسفر على مستوى الركيزة يحدث خارج سلسلة نقل الإلكترون ، في طرق مثل انحلال السكر ودورة حمض الكربوكسيليك.

هذا الجزيء مسؤول عن توفير الطاقة اللازمة لمعظم العمليات التي تحدث داخل الخلية ، من تخليق البروتين إلى الحركة ، لتحدث. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح بمرور الجزيئات عبر الأغشية ويعمل على إشارات الخلية.

مؤشر

• 1 هيكل
• 2 وظائف
  • 2.1 إمداد الطاقة لنقل الصوديوم والبوتاسيوم عبر الغشاء
  • 2.2 المشاركة في تخليق البروتين
  • 2.3 توفير الطاقة للتنقل
• 3 التحلل المائي
  • 3.1 لماذا يحدث هذا الإصدار من الطاقة?
• 4 الحصول على ATP
  • 4.1 الفسفرة المؤكسدة
  • 4.2 الفسفرة على مستوى الركيزة
• 5 دورة اعبي التنس المحترفين
• 6 جزيئات الطاقة الأخرى
• 7 المراجع

هيكل

ATP ، كما يوحي اسمها ، هو نوكليوتيد يحتوي على ثلاثة فوسفات. هيكله الخاص ، وتحديداً روابط بيروفوسفات ، يجعله مركبًا غنيًا بالطاقة. وهي تتألف من العناصر التالية:

- قاعدة النيتروجين ، الأدينين. القواعد النيتروجينية هي مركبات دورية تحتوي على واحد أو أكثر من النيتروجين في بنيتها. نجدها أيضًا كمكونات في الأحماض النووية والحمض النووي والحمض النووي الريبي.

- يقع ريبوز في وسط الجزيء. إنه سكر من نوع البنتوز ، لأنه يحتوي على خمس ذرات كربون. الصيغة الكيميائية هي C₅H₁₀O₅. الكربون 1 من الريبوز متصل بحلقة الأدينين.

- ثلاثة جذور الفوسفات. الأخيران هما "روابط الطاقة العالية" ويتم تمثيلهما في الهياكل الرسومية برمز الفرجولية: ~. مجموعة الفوسفات هي واحدة من أهم في النظم البيولوجية. تسمى المجموعات الثلاث ألفا وبيتا وجاما ، من الأقرب إلى الأبعد.

هذا الرابط شديد التسمية ، لذلك ينقسم بسرعة وسهولة وتلقائية عندما تستدعي الظروف الفسيولوجية للكائن الحي ذلك. يحدث هذا لأن الشحنات السلبية لمجموعات الفوسفات الثلاث تحاول الابتعاد عن بعضها البعض باستمرار.

وظائف

يلعب ATP دورًا لا غنى عنه في استقلاب الطاقة لجميع الكائنات الحية تقريبًا. لهذا السبب ، غالبًا ما يطلق عليها عملة الطاقة ، حيث يمكن إنفاقها وتجديدها بشكل مستمر في بضع دقائق فقط..

بشكل مباشر أو غير مباشر ، يوفر ATP الطاقة لمئات العمليات ، بالإضافة إلى العمل كجهة مانحة للفوسفات.

بشكل عام ، يعمل ATP كجزيء للإشارة في العمليات التي تحدث داخل الخلية ، فمن الضروري تجميع مكونات الحمض النووي والحمض النووي الريبي RNA ولتوليف الجزيئات الحيوية الأخرى ، فإنه يشارك في حركة المرور من خلال الأغشية ، من بين أمور أخرى.

يمكن تقسيم استخدامات ATP إلى فئات رئيسية: نقل الجزيئات من خلال الأغشية البيولوجية ، وتوليف المركبات المختلفة ، وأخيرا العمل الميكانيكي.

وظائف ATP واسعة جدا. بالإضافة إلى ذلك ، تشارك في العديد من ردود الفعل بحيث يكون من المستحيل تسمية كل منهم. لذلك ، سنناقش ثلاثة أمثلة محددة لتمثيل كل من الاستخدامات الثلاثة المذكورة.

امدادات الطاقة لنقل الصوديوم والبوتاسيوم عبر الغشاء

الخلية هي بيئة ديناميكية للغاية تتطلب الحفاظ على تركيزات محددة. معظم الجزيئات لا تدخل الخلية بشكل عشوائي أو عرضي. لكي يدخل جزيء أو مادة ما ، يجب أن يفعل ذلك بواسطة ناقله المحدد.

الناقلون عبارة عن بروتينات تعبر الغشاء وتعمل كـ "بوابات حراسة" خلوية ، تتحكم في تدفق المواد. لذلك ، فإن الغشاء نصف نافذ: فهو يسمح بدخول مركبات معينة والبعض الآخر لا يدخل.

واحدة من أفضل وسائل النقل المعروفة هي مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. يتم تصنيف هذه الآلية على أنها وسيلة نقل نشطة ، نظرًا لأن حركة الأيونات تحدث ضد تركيزاتها ، والطريقة الوحيدة لتنفيذ هذه الحركة هي إدخال الطاقة في النظام ، في شكل ATP.

تشير التقديرات إلى أن ثلث ATP المتكون في الخلية يستخدم للحفاظ على المضخة نشطة. يتم ضخ أيونات الصوديوم باستمرار إلى الخارج من الخلية ، في حين أن أيونات البوتاسيوم تفعل ذلك في الاتجاه المعاكس.

منطقيا ، لا يقتصر استخدام ATP لنقل الصوديوم والبوتاسيوم. هناك أيونات أخرى ، مثل الكالسيوم والمغنيسيوم ، وغيرها ، والتي تحتاج إلى هذه العملة الطاقة للدخول.

المشاركة في تخليق البروتين

تتكون جزيئات البروتين من الأحماض الأمينية ، المرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد. لتشكيلها يتطلب كسر أربعة السندات عالية الطاقة. بمعنى آخر ، يجب تحلل عدد كبير من جزيئات ATP لتشكيل بروتين متوسط ​​الطول.

يحدث تخليق البروتينات في هياكل تسمى الريبوسومات. إنهم قادرون على تفسير الكود الذي يمتلكه RNA messenger وترجمته إلى تسلسل الحمض الأميني ، وهي عملية تعتمد على ATP.

في الخلايا الأكثر نشاطا ، يمكن لتوليف البروتين توجيه ما يصل إلى 75 ٪ من ATP توليفها في هذا العمل المهم.

من ناحية أخرى ، لا تقوم الخلية بتركيب البروتينات فحسب ، بل تحتاج أيضًا إلى الدهون والكوليسترول والمواد الأخرى التي لا غنى عنها وتتطلب القيام بذلك الطاقة الموجودة في روابط ATP..

توفير الطاقة للتنقل

الأعمال الميكانيكية هي واحدة من أهم وظائف ATP. على سبيل المثال ، حتى يكون الجسم قادرًا على تنفيذ تقلص ألياف العضلات ، فإن توفر كميات كبيرة من الطاقة ضروري.

في العضلات ، يمكن تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية بفضل إعادة تنظيم البروتينات ذات القدرة الانكماشية التي تشكلها. يتم تعديل طول هذه الهياكل ، وتقصيرها ، مما يخلق توترا يؤدي إلى توليد الحركة.

في الكائنات الأخرى ، تحدث حركة الخلايا أيضًا بفضل وجود ATP. على سبيل المثال ، تحدث حركة الأهداب والسوط التي تسمح بإزاحة بعض الكائنات أحادية الخلية من خلال استخدام ATP.

هناك حركة معينة أخرى هي الأميبي الذي ينطوي على نتوء الزائفة عند نهايات الخلية. تستخدم عدة أنواع من الخلايا آلية الحركة هذه ، بما في ذلك كريات الدم البيضاء والأورام الليفية.

في حالة الخلايا الجرثومية ، يعد الحركة ضروريًا للتطور الفعال للجنين. تنقل الخلايا الجنينية مسافات مهمة من مكانها الأصلي إلى المنطقة حيث يجب أن تنشأ هياكل محددة.

تحليل بالماء

يعتبر التحلل المائي للـ ATP عبارة عن تفاعل يتضمن تحلل الجزيء من خلال وجود الماء. ويمثل رد الفعل على النحو التالي:

ATP + ماء ⇋ ADP + P_أنا + الطاقة. أين ، مصطلح P_أنا يشير إلى مجموعة الفوسفات غير العضوي و ADP هو ثنائي فوسفات الأدينوزين. لاحظ أن رد الفعل هو عكسها.

يعتبر التحلل المائي للـ ATP ظاهرة تنطوي على إطلاق كمية هائلة من الطاقة. يؤدي تمزق أي من روابط بيروفوسفات إلى إطلاق 7 كيلو كالوري لكل مول - وتحديدا 7.3 من ATP إلى ADP و 8.2 لإنتاج أحادي فوسفات الأدينوسين (AMP) من ATP. هذا يساوي 12000 سعرة حرارية لكل مول من ATP.

لماذا يحدث هذا الإصدار من الطاقة؟?

لأن منتجات التحلل المائي أكثر ثباتًا من المركب الأولي ، أي ATP.

من الضروري الإشارة إلى أن التحلل المائي الذي يحدث على روابط البيروفوسفات فقط الذي يؤدي إلى تكوين ADP أو AMP يؤدي إلى توليد طاقة بكميات مهمة..

لا يوفر التحلل المائي للروابط الأخرى في الجزيء نفس القدر من الطاقة ، باستثناء التحلل المائي للبيروفوسفات غير العضوي ، الذي يحتوي على كمية كبيرة من الطاقة.

يتم استخدام إطلاق الطاقة من هذه التفاعلات لإجراء تفاعلات أيضية داخل الخلية ، لأن العديد من هذه العمليات تتطلب طاقة للعمل ، سواء في الخطوات الأولية لمسارات التحلل أو في التخليق الحيوي للمركبات.

على سبيل المثال ، في استقلاب الجلوكوز ، تشتمل الخطوات الأولية على الفسفرة في الجزيء. في الخطوات التالية ، يتم إنشاء ATP جديد ، للحصول على صافي ربح إيجابي.

من وجهة نظر الطاقة ، هناك جزيئات أخرى يكون إطلاقها للطاقة أكبر من إطلاق ATP ، بما في ذلك 1،3-بيبوسفوسفلسرات ، فوسفات الكارباميل ، فوسفات الكرياتينين وفوسفونولبويرفات.

الحصول على ATP

يمكن الحصول على ATP بطريقتين: الفسفرة التأكسدية والتفسفر على مستوى الركيزة. أول واحد يتطلب الأكسجين في حين أن الثاني لا يحتاج إليها. ما يقرب من 95 ٪ من ATP شكلت يحدث في الميتوكوندريا.

الفسفرة المؤكسدة

يشمل الفسفرة المؤكسدة عملية أكسدة المواد الغذائية على مرحلتين: الحصول على أنزيمات منخفضة NADH و FADH₂ مشتقات الفيتامينات.

يتطلب الحد من هذه الجزيئات استخدام الهيدروجين من العناصر الغذائية. في الدهون ، يكون إنتاج الإنزيمات ملحوظًا ، نظرًا للكم الهائل من الهيدروجين الموجود في بنيتها ، مقارنة مع الببتيدات أو الكربوهيدرات.

على الرغم من وجود عدة طرق لإنتاج الإنزيمات المساعدة ، فإن الطريق الأكثر أهمية هو دورة كريبس. بعد ذلك ، تتركز الإنزيمات المختزلة في سلاسل الجهاز التنفسي الموجودة في الميتوكوندريا ، والتي تنقل الإلكترونات إلى الأكسجين.

تتشكل سلسلة نقل الإلكترون من خلال سلسلة من البروتينات مقترنة بالغشاء ، الذي يضخ البروتونات (H +) إلى الخارج (انظر الصورة). تدخل هذه البروتونات مرة أخرى عبر الغشاء من خلال بروتين آخر ، سينسيز ATP ، المسؤول عن تخليق ATP.

وبعبارة أخرى ، يتعين علينا تقليل الإنزيمات المساعدة ، والمزيد من ADP والأكسجين تولد الماء و ATP.

الفسفرة على مستوى الركيزة

الفسفرة على مستوى الركيزة ليست بنفس أهمية الآلية الموضحة أعلاه ، وبما أنها لا تتطلب جزيئات الأكسجين ، فإنها عادة ما ترتبط بالتخمر. وبهذه الطريقة ، على الرغم من أنها سريعة للغاية ، إلا أنها تستهلك القليل من الطاقة ، وإذا قارناها بعملية الأكسدة ، فسيكون ذلك أقل بنحو 15 مرة.

في الجسم ، تحدث عمليات التخمير على مستوى العضلات. يمكن أن يعمل هذا النسيج بدون أكسجين ، لذلك من الممكن أن يتحلل جزيء الجلوكوز إلى حمض اللبنيك (عندما نقوم ببعض الأنشطة الرياضية الشاملة ، على سبيل المثال).

في التخمير ، المنتج النهائي لا يزال لديه إمكانات الطاقة التي يمكن استخراجها. في حالة التخمير في العضلات ، تكون الكربونات الموجودة في حمض اللبنيك في نفس مستوى التخفيض مثل تلك الموجودة في الجزيء الأولي: الجلوكوز.

وبالتالي ، فإن إنتاج الطاقة يحدث من خلال تكوين جزيئات لها روابط عالية الطاقة ، بما في ذلك 1،3-بيفوسفوجليرات وفوسفونولبويروفات.

في تحلل السكر ، على سبيل المثال ، يرتبط التحلل المائي لهذه المركبات بإنتاج جزيئات ATP ، ومن هنا يأتي المصطلح "على مستوى الركيزة".

دورة ATP

لا يتم تخزين ATP أبدًا. إنه في دورة مستمرة من الاستخدام والتوليف. وبهذه الطريقة يتم إنشاء توازن بين ATP المشكلة ومنتجها المائي ، ADP.

جزيئات الطاقة الأخرى

ليس ATP هو الجزيء الوحيد الذي يتكون من biphosphate nucleoside الموجود في التمثيل الغذائي الخلوي. هناك سلسلة من الجزيئات ذات بنى مشابهة للـ ATP لها سلوك طاقة مماثل ، على الرغم من أنها ليست شائعة مثل الـ ATP.

وأبرز الأمثلة على ذلك هو GTP ، غوانوسين ثلاثي الفوسفات ، والذي يستخدم في دورة كريبس المعروفة وفي المسار الغلوري المنشأ. الآخرون الأقل استخدامًا هم CTP و TTP و UTP.

مراجع

1. Guyton، A.C. & & Hall، J. E. (2000). كتاب علم وظائف الأعضاء البشرية.
2. Hall، J. E. (2017). Guyton E Hall أطروحة عن علم وظائف الأعضاء الطبية. إلسفير البرازيل.
3. هيرنانديز ، أ. ج. دي (2010). معاهدة التغذية: تكوين ونوعية الغذاء. Ed. Panamericana Medical.
4. ليم ، م. ي. (2010). أساسيات في التمثيل الغذائي والتغذية. إلسفير.
5. برات ، سي دبليو ، وكاثلين ، سي. (2012). كيمياء حيوية. الافتتاحية الدليل الحديث.
6. Voet، D.، Voet، J. G.، & Pratt، C. W. (2007). أساسيات الكيمياء الحيوية. التحرير الطبي Panamericana.