Egenskaber ved ATP

Indhold

• Oversigt over nukleotider
• Nukleotider: Nomenklatur
• ATP-egenskaber
• Metabolske kilder til ATP i celler
• ATP-cyklus
• Kliniske anvendelser af ATP

Adenosintrifosfat (ATP) er uden tvivl det vigtigste molekyle i studiet af biokemi, da alt liv straks ville ophøre, hvis dette relativt enkle stof forsvandt fra eksistensen. ATP betragtes som celleres "energivaluta", fordi uanset hvad der går ind i en organisme som brændstofkilde (f.eks. Mad til dyr, kuldioxidmolekyler i planter) bruges den i sidste ende til at generere ATP, som derefter er tilgængelig for strøm alle cellens behov og dermed organismen som helhed.

ATP er et nukleotid, der giver det alsidighed i kemiske reaktioner. Molekyler (hvorfra ATP syntetiseres) er vidt tilgængelige i celler. I 1990'erne blev ATP og dets derivater anvendt i kliniske omgivelser til behandling af forskellige tilstande, og andre anvendelser undersøges fortsat.

I betragtning af dette molekyls afgørende og universelle rolle er det bestemt værd at bruge den energi, du vil bruge i processen, ved at lære om produktion af ATP og dens biologiske betydning.

Oversigt over nukleotider

I den udstrækning at nukleotider har nogen form for ry blandt videnskabsentusiaster, der ikke er uddannede biokemikere, de er sandsynligvis bedst kendt som monomerer, eller små gentagne enheder, hvorfra nukleinsyrer - de lange polymerer DNA og RNA - fremstilles.

Nukleotider består af tre forskellige kemiske grupper: en fem-carbon eller ribose, sukker, som i DNA er deoxyribose og i RNA er ribose; en nitrogenagtig eller nitrogenatomrig base; og en til tre fosfatgrupper.

Den første (eller eneste) fosfatgruppe er bundet til en af ​​kulhydraterne på sukkerdelen, mens eventuelle yderligere phosphatgrupper strækker sig udad fra de eksisterende for at danne en minikæde. Et nukleotid uden fosfater - det vil sige deoxyribose eller ribose forbundet til en nitrogenbase - kaldes en nukleosid.

Nitrogenholdige baser findes i fem typer, og disse bestemmer både navn og opførsel af individuelle nukleotider. Disse baser er adenin, cytosin, guanin, thymin og uracil. Thymin forekommer kun i DNA, mens uracil forekommer i RNA, hvor thymin ville forekomme i DNA.

Nukleotider: Nomenklatur

Nukleotider har alle forkortelser med tre bogstaver. Den første betegner den tilstedeværende base, mens de to sidste angiver antallet af fosfater i molekylet. ATP indeholder således adenin som base og har tre phosphatgrupper.

I stedet for at medtage navnet på basen i dens oprindelige form, erstattes imidlertid suffikset "-in" med "-osin" i tilfælde af adeninbærende nukleotider; lignende små afvigelser forekommer for de andre nukleosider og nuklotider.

Derfor, AMP er adenosinmonophosphat og ADP er adenosindiphosphat. Begge molekyler er vigtige i cellulær metabolisme i sig selv såvel som at være forløbere for eller nedbrydningsprodukter af ATP.

ATP-egenskaber

ATP blev først identificeret i 1929. Den findes i hver celle i enhver organisme, og det er levende ting kemiske midler til at opbevare energi. Det genereres hovedsageligt ved cellulær respiration og fotosyntese, hvoraf sidstnævnte kun forekommer i planter og visse prokaryote organismer (encellede livsformer i domænerne Archaea og Bakterier).

ATP diskuteres normalt i forhold til reaktioner, der involverer enten anabolisme (metaboliske processer, der syntetiserer større og mere komplekse molekyler fra mindre) eller katabolisme (metaboliske processer, der gør det modsatte og nedbryder større og mere komplekse molekyler til mindre).

ATP giver imidlertid også en hånd til cellen på andre måder, der ikke er direkte relateret til dens bidragende energi til reaktioner; for eksempel er ATP nyttigt som messenger-molekyle i forskellige typer celle signalering og kan donere fosfatgrupper til molekyler uden for anabolisme og katabolisme.

Metabolske kilder til ATP i celler

glykolyse: Prokaryoter er som nævnt encellede organismer, og deres celler er langt mindre komplekse end dem fra den anden øverste gren på livets organisatoriske træ, eukaryoter (dyr, planter, protister og svampe). Som sådan er deres energibehov ganske beskedne sammenlignet med prokaryoter. Stort set alle afledes deres ATP udelukkende fra glykolyse, nedbrydningen i cellecytoplasmaet til seks-kulstofsukkeret glucose i to molekyler i det tre-carbon molekyle pyruvat og to ATP.

Det er vigtigt, at glycolyse inkluderer en "investering" -fase, der kræver input af to ATP pr. Glukosemolekyle, og en "payoff" -fase, hvor fire ATP genereres (to pr. Molekyle pyruvat).

Ligesom ATP er energien betalingsmiddel af alle celler - det vil sige molekylet, hvor energi kan lagres på kort sigt til senere brug - glukose er den ultimative energikilde for alle celler. I prokaryoter repræsenterer imidlertid færdiggørelsen af ​​glycolyse slutningen af ​​energiproduktionslinjen.

Cellulær respiration: I eukaryote celler er ATP-partiet først i gang i slutningen af ​​glykolysen, fordi disse celler har mitokondrier, fodboldformede organeller, der bruger ilt til at generere meget mere ATP end glycolyse alene kan.

Cellulær respiration, også kaldet aerob respiration ("med ilt"), begynder med Krebs cyklus. Denne række reaktioner, der forekommer i mitokondrier, kombinerer to-carbon molekylet acetyl CoA, en direkte efterkommer af pyruvat, med oxaloacetat at skabe citrat, som gradvist reduceres fra en seks-carbon-struktur tilbage til oxaloacetat, hvilket skaber en lille mængde ATP men meget elektronbærere.

Disse luftfartsselskaber (NADH og FADH₂) deltage i det næste trin i cellulær respiration, som er elektrontransportkæden eller ECT. ECT finder sted på den indre membran i mitokondrier, og gennem en systematisk jugging af elektroner resulterer det i produktionen af ​​32 til 34 ATP pr. "Opstrøms" glukosemolekyle.

Fotosyntese: Denne proces, der udfolder sig i det grønne-pigmentholdige kloroplaster af planteceller, kræver lys for at fungere. Det bruger CO₂ ekstraheret fra det ydre miljø for at opbygge glukose (planter kan trods alt ikke "spise"). Plante celler har også mitokondrier, så efter at planter i virkeligheden fremstiller deres egen mad i fotosyntesen, følger cellulær respiration.

ATP-cyklus

På ethvert givet tidspunkt den menneskelige krop indeholder ca. 0,1 mol ATP. EN muldvarp er ca. 6,02 × 10²³ individuelle partikler; molstoffet af et stof er, hvor meget en mol af det stof vejer i gram, og værdien for ATP er lidt over 500 g / mol (lidt over et pund). Det meste af dette kommer direkte fra fosforylering af ADP.

En typisk personcelle gabler op omkring 100 til 150 mol om dagen med ATP, eller omkring 50 til 75 kg - over 100 til 150 pund! Dette betyder, at mængden af ​​ATP-omsætning på en dag i en given person er omtrent 100 / 0,1 til 150 / 0,1 mol, eller 1.000 til 1.500 mol.

Kliniske anvendelser af ATP

Fordi ATP bogstaveligt talt er overalt i naturen og deltager i en lang række fysiologiske processer - inklusive nervetransmission, muskelkontraktion, hjertefunktion, blodkoagulation, udvidelse af blodkar og kulhydratmetabolisme - er anvendelsen heraf som "medicin" undersøgt.

F.eks. Bruges adenosin, nucleosidet, der svarer til ATP, som et hjertemedicin til at forbedre hjertets blodstrøm i nødsituationer, og ved udgangen af ​​det 20. århundrede blev det undersøgt som et muligt smertestillende middel (dvs. smertekontrol agent).