Zawartość
- Przegląd nukleotydów
- Nukleotydy: nazewnictwo
- Charakterystyka ATP
- Źródła metaboliczne ATP w komórkach
- Cykl ATP
- Zastosowania kliniczne ATP
Adenozynotrifosforan (ATP) jest prawdopodobnie najważniejszą cząsteczką w badaniach biochemii, ponieważ całe życie natychmiast by ustało, gdyby ta stosunkowo prosta substancja zniknęła z istnienia. ATP jest uważane za „walutę energetyczną” komórek, ponieważ bez względu na to, co trafia do organizmu jako źródło paliwa (np. Żywność u zwierząt, cząsteczki dwutlenku węgla w roślinach), jest ostatecznie wykorzystywane do generowania ATP, który jest następnie dostępny do zasilania wszystkie potrzeby komórki, a tym samym organizmu jako całości.
ATP jest nukleotydem, co daje mu wszechstronność w reakcjach chemicznych. Cząsteczki (z których do syntezy ATP) są szeroko dostępne w komórkach. Do lat 90. ATP i jego pochodne były używane w warunkach klinicznych do leczenia różnych schorzeń, a inne zastosowania są nadal badane.
Biorąc pod uwagę kluczową i uniwersalną rolę tej cząsteczki, poznanie produkcji ATP i jego biologicznego znaczenia jest z pewnością warte energii, którą zużyjesz w tym procesie.
Przegląd nukleotydów
O ile nukleotydy mają jakąkolwiek reputację wśród entuzjastów nauki, którzy nie są przeszkolonymi biochemikami, prawdopodobnie są najlepiej znani jako monomerylub małe powtarzające się jednostki, z których kwasy nukleinowe - wytwarzane są długie polimery DNA i RNA.
Nukleotydy składają się z trzech różnych grup chemicznych: pięciowęglowego lub rybozy cukru, który w DNA jest dezoksyrybozą, a w RNA jest rybozą; zasada azotowa lub bogata w atom azotu; oraz od jednej do trzech grup fosforanowych.
Pierwsza (lub jedyna) grupa fosforanowa jest przyłączona do jednego z atomów węgla w części cukrowej, podczas gdy wszelkie dodatkowe grupy fosforanowe rozciągają się na zewnątrz od istniejących, tworząc mini-łańcuch. Nukleotyd bez żadnych fosforanów - czyli dezoksyrybozy lub rybozy połączony z zasadą azotową - nazywa się nukleozyd.
Zasady azotowe występują w pięciu typach, które determinują zarówno nazwę, jak i zachowanie poszczególnych nukleotydów. Te zasady to adenina, cytozyna, guanina, tymina i uracyl. Tymina pojawia się tylko w DNA, natomiast w RNA uracyl pojawia się tam, gdzie pojawiłaby się tymina w DNA.
Nukleotydy: nazewnictwo
Wszystkie nukleotydy mają trzyliterowe skróty. Pierwszy oznacza obecną zasadę, a dwa ostatnie wskazują liczbę fosforanów w cząsteczce. Zatem ATP zawiera adeninę jako zasadę i ma trzy grupy fosforanowe.
Zamiast włączać nazwę zasady w jej natywnej postaci, sufiks „-ine” jest zastąpiony przez „-osine” w przypadku nukleotydów zawierających adeninę; podobne małe odchylenia występują w przypadku innych nukleozydów i nuklotydów.
W związku z tym, AMP jest monofosforan adenozyny i ADP jest difosforan adenozyny. Obie cząsteczki same w sobie odgrywają ważną rolę w metabolizmie komórkowym, a także są prekursorami lub produktami rozpadu ATP.
Charakterystyka ATP
ATP został po raz pierwszy zidentyfikowany w 1929 roku. Znajduje się w każdej komórce każdego organizmu i jest żywym środkiem chemicznym do magazynowania energii. Jest wytwarzany głównie przez oddychanie komórkowe i fotosyntezę, z których ta ostatnia występuje tylko w roślinach i niektórych organizmach prokariotycznych (jednokomórkowe formy życia w domenach Archaea i Bacteria).
ATP jest zwykle omawiany w kontekście reakcji obejmujących albo anabolizm (procesy metaboliczne, które syntetyzują większe i bardziej złożone cząsteczki z mniejszych) lub katabolizm (procesy metaboliczne, które działają odwrotnie i rozkładają większe i bardziej złożone cząsteczki na mniejsze).
ATP pomaga jednak komórce również na inne sposoby niezwiązane bezpośrednio z jej energią przyczyniającą się do reakcji; na przykład ATP jest przydatna jako cząsteczka przekaźnikowa w różnych typach sygnalizacja komórkowa i może przekazywać grupy fosforanowe cząsteczkom spoza dziedziny anabolizmu i katabolizmu.
Źródła metaboliczne ATP w komórkach
Glikoliza: Jak zauważono, prokarioty są organizmami jednokomórkowymi, a ich komórki są znacznie mniej złożone niż komórki drugiej najwyższej gałęzi drzewa organizacyjnego życia, eukarionty (zwierzęta, rośliny, protisty i grzyby). W związku z tym ich potrzeby energetyczne są dość niewielkie w porównaniu z potrzebami prokariotów. Praktycznie wszystkie z nich czerpią ATP całkowicie z glikolizy, rozpadu cytoplazmy komórki sześciowęglowego cukru glukoza na dwie cząsteczki cząsteczki trójwęglowej pirogronian i dwa ATP.
Co ważne, glikoliza obejmuje fazę „inwestycji”, która wymaga wprowadzenia dwóch ATP na cząsteczkę glukozy, i fazę „wypłaty”, w której generowane są cztery ATP (dwie na cząsteczkę pirogronianu).
Tak jak ATP jest energią waluta wszystkich komórek - czyli cząsteczki, w której energia może być przechowywana w krótkim okresie do późniejszego wykorzystania - glukoza jest ostatecznym źródłem energii dla wszystkich komórek. U prokariotów zakończenie glikolizy oznacza koniec linii wytwarzania energii.
Oddychania komórkowego: W komórkach eukariotycznych partia ATP zaczyna się dopiero pod koniec glikolizy, ponieważ komórki te mają mitochondria, organelle w kształcie piłki nożnej, które wykorzystują tlen do wytworzenia znacznie większej ilości ATP niż sama glikoliza.
Oddychanie komórkowe, zwane także oddychaniem tlenowym („z tlenem”), rozpoczyna się od cykl Krebsa. Ta seria reakcji zachodzących w mitochondriach łączy cząsteczkę dwuwęglową acetylo CoA, bezpośredni potomek pirogronianu, z szczawiooctan tworzyć cytrynian, który jest stopniowo redukowany ze struktury sześciowęglowej z powrotem do szczawiooctanu, tworząc niewielką ilość ATP, ale dużo nośniki elektronów.
Ci przewoźnicy (NADH i FADH2) uczestniczą w kolejnym etapie oddychania komórkowego, którym jest łańcuch transportu elektronów lub ECT. ECT odbywa się na wewnętrznej błonie mitochondriów, a poprzez systematyczne działanie elektronów na podskok powoduje wytwarzanie 32 do 34 ATP na „górną” cząsteczkę glukozy.
Fotosynteza: Ten proces, który rozwija się w zawierającym zielony pigment chloroplasty komórek roślinnych, wymaga światła do działania. Wykorzystuje CO2 ekstrahowane ze środowiska zewnętrznego w celu budowy glukozy (rośliny nie mogą przecież „jeść”). Komórki roślin mają również mitochondria, więc po roślinach, w efekcie, wytwarzają własne pożywienie w procesie fotosyntezy, następuje oddychanie komórkowe.
Cykl ATP
W każdej chwili, ludzkie ciało zawiera około 0,1 mola ATP. ZA kret wynosi około 6,02 × 1023 pojedyncze cząstki; masa molowa substancji jest to, ile mol tej substancji waży w gramach, a wartość ATP wynosi nieco ponad 500 g / mol (nieco ponad funt). Większość tego pochodzi bezpośrednio z fosforylacja ADP.
Typowe komórki osób pożerają około 100 do 150 moli ATP dziennie lub około 50 do 75 kilogramów - ponad 100 do 150 funtów! Oznacza to, że obrót ATP w ciągu doby u danej osoby wynosi około 100 / 0,1 do 150 / 0,1 mola lub 1000 do 1500 mola.
Zastosowania kliniczne ATP
Ponieważ ATP występuje dosłownie wszędzie i bierze udział w wielu procesach fizjologicznych - w tym w przekazywaniu nerwów, skurczu mięśni, czynności serca, krzepnięciu krwi, rozszerzeniu naczyń krwionośnych i metabolizmie węglowodanów - zbadano jego zastosowanie jako „leku”.
Na przykład adenozyna, nukleozyd odpowiadający ATP, jest stosowany jako lek nasercowy w celu poprawy przepływu krwi w naczyniach krwionośnych w sytuacjach awaryjnych, a pod koniec XX wieku był badany jako możliwy środek przeciwbólowy (tj. Przeciwbólowy agent).