ATP (ADENOZINA TRIFOSFAT): STRUCTURĂ, FUNCȚII, HIDROLIZĂ - BIOLOGIE - 2025

ATP (adenozin trifosfat) este o moleculă organică cu legături energetice mari formate dintr - un inel de trei grupări fosfat adenina, riboză și. Are un rol fundamental în metabolism, deoarece transportă energia necesară pentru a menține o serie de procese celulare funcționând eficient.

Este cunoscut pe scară largă prin termenul „monedă energetică”, deoarece formarea și utilizarea acestuia se realizează cu ușurință, ceea ce îi permite să „plătească” rapid reacțiile chimice care necesită energie.

Sursa: De către utilizator: Mysid (Auto-realizată în bkchem; editat în perl.), Via Wikimedia Commons

Deși molecula cu ochiul liber este mică și simplă, stochează o cantitate semnificativă de energie în legăturile sale. Grupurile de fosfați au sarcini negative, care se află într-o repulsie constantă, ceea ce o face o legătură labilă care se rupe cu ușurință.

Hidroliza ATP este descompunerea moleculei prin prezența apei. Prin acest proces, energia conținută este eliberată.

Există două surse principale de ATP: fosforilarea la nivel de substrat și fosforilarea oxidativă, ultima fiind cea mai importantă și cea mai utilizată de celulă.

Fosforilarea oxidativă cuplă oxidarea FADH ₂ și NADH + H ⁺ în mitocondrii, iar fosforilarea la nivelul substratului are loc în afara lanțului de transport al electronilor, pe căi precum glicoliza și ciclul acidului tricarboxilic.

Această moleculă este responsabilă pentru furnizarea energiei necesare pentru majoritatea proceselor care au loc în interiorul celulei, de la sinteza proteinelor până la locomoție. În plus, permite traficul de molecule prin membrane și acționează în semnalizarea celulelor.

Structura

ATP, după cum îi spune și numele, este un nucleotid cu trei fosfați. Structura sa particulară, în special cele două legături de pirofosfat, îl fac un compus bogat în energie. Este compus din următoarele elemente:

- O bază azotată, adenină. Bazele azotate sunt compuși ciclici care conțin unul sau mai mulți azot în structura lor. Le găsim, de asemenea, ca componente în acizii nucleici, ADN și ARN.

- Riboza este localizată în centrul moleculei. Este un zahăr de tip pentoză, deoarece are cinci atomi de carbon. Formula sa chimică este C ₅ H ₁₀ O ₅ . Carbonul 1 al ribozei este atașat de inelul de adenină.

- Trei radicali fosfat. Ultimele două sunt „legăturile energetice mari” și sunt reprezentate în structurile grafice prin simbolul înclinare: ~. Grupa fosfat este una dintre cele mai importante în sistemele biologice. Cele trei grupuri se numesc alfa, beta și gamma, de la cea mai apropiată până la cea mai îndepărtată.

Această legătură este foarte labilă, deci se împarte rapid, ușor și spontan atunci când condițiile fiziologice ale organismului o justifică. Acest lucru se întâmplă deoarece încărcările negative ale celor trei grupări de fosfați încearcă constant să se îndepărteze unul de celălalt.

Caracteristici

ATP joacă un rol indispensabil în metabolismul energetic al tuturor organismelor vii. Din acest motiv, este adesea denumită monedă energetică, deoarece poate fi cheltuită continuu și reumplută în doar câteva minute.

Direct sau indirect, ATP oferă energie pentru sute de procese, pe lângă faptul că acționează ca donator de fosfați.

În general, ATP acționează ca o moleculă de semnalizare în procesele care au loc în interiorul celulei, este necesară sinteza componentelor ADN-ului și ARN-ului și pentru sinteza altor biomolecule, participă la traficul prin membrane, printre altele.

Utilizările ATP pot fi împărțite în categorii principale: transportul moleculelor prin membrane biologice, sinteza diferiților compuși și, în final, lucrul mecanic.

Funcțiile ATP sunt foarte largi. Mai mult, este implicat în atâtea reacții încât ar fi imposibil să le numim pe toate. Prin urmare, vom discuta despre trei exemple specifice pentru a exemplifica fiecare dintre cele trei utilizări menționate.

Alimentare cu energie pentru sodiu și potasiu pe toată membrana

Celula este un mediu extrem de dinamic care necesită menținerea concentrațiilor specifice. Majoritatea moleculelor nu intră în celulă la întâmplare sau întâmplător. Pentru ca o moleculă sau o substanță să poată intra, trebuie să o facă prin transportorul său specific.

Transportorii sunt proteine ​​cu membrană care funcționează ca „gatekeepers” celulare, controlând fluxul de materiale. Prin urmare, membrana este semi-permeabilă: permite anumitor compuși să intre și alții nu.

Unul dintre cele mai cunoscute transporturi este pompa sodiu-potasiu. Acest mecanism este clasificat ca transport activ, deoarece mișcarea ionilor are loc împotriva concentrațiilor lor și singura modalitate de a efectua această mișcare este prin introducerea de energie în sistem, sub formă de ATP.

Se estimează că o treime din ATP-ul format în celulă este utilizat pentru a menține pompa activă. Ionii de sodiu sunt pompați constant din celulă, în timp ce ionii de potasiu sunt pompați în sens invers.

În mod logic, utilizarea ATP nu se limitează la transportul de sodiu și potasiu. Există și alte ioni, cum ar fi calciul, magneziul, printre altele, care au nevoie de această monedă energetică pentru a intra.

Participarea la sinteza proteinelor

Moleculele proteice sunt formate din aminoacizi, legați împreună de legături peptidice. Pentru a le forma necesită ruperea a patru legături cu energie mare. Cu alte cuvinte, un număr considerabil de molecule de ATP trebuie hidrolizate pentru formarea unei proteine ​​de lungime medie.

Sinteza proteinelor are loc în structuri numite ribozomi. Acestea sunt capabile să interpreteze codul pe care îl are ARN-ul mesager și să-l transpună într-o secvență de aminoacizi, un proces dependent de ATP.

În cele mai active celule, sinteza proteinelor poate direcționa până la 75% din ATP sintetizat în această lucrare importantă.

Pe de altă parte, celula nu numai că sintetizează proteine, ci are nevoie și de lipide, colesterol și alte substanțe esențiale și pentru a face acest lucru necesită energia conținută de legăturile ATP.

Oferiți energie pentru locomoție

Munca mecanică este una dintre cele mai importante funcții ale ATP. De exemplu, pentru ca corpul nostru să poată efectua contracția fibrelor musculare, disponibilitatea unor cantități mari de energie este necesară.

În mușchi, energia chimică poate fi transformată în energie mecanică datorită reorganizării proteinelor cu capacitatea de a se contracta. Lungimea acestor structuri este modificată, scurtată, ceea ce creează o tensiune care se traduce în generarea de mișcare.

În alte organisme, mișcarea celulelor are loc și datorită prezenței ATP. De exemplu, mișcarea cililor și flagelelor care permite deplasarea anumitor organisme unicelulare are loc prin utilizarea ATP.

O altă mișcare particulară este cea amebică care implică proeminența unui pseudopod la capetele celulare. Mai multe tipuri de celule folosesc acest mecanism de locomoție, inclusiv leucocite și fibroblaste.

În cazul celulelor germinale, locomoția este esențială pentru dezvoltarea eficientă a embrionului. Celulele embrionare parcurg distanțe importante de la locul de origine la regiunea în care trebuie să genereze structuri specifice.

Hidroliză

Hidroliza ATP este o reacție care implică descompunerea moleculei prin prezența apei. Reacția este reprezentată după cum urmează:

ATP + Apa ⇋ ADP + P _i + energie. În cazul în care, termenul P _i se referă la gruparea fosfatului anorganic și ADP este adenozina difosfat. Rețineți că reacția este reversibilă.

Hidroliza ATP este un fenomen care implică eliberarea unei cantități imense de energie. Ruperea oricărei legături de pirofosfat duce la eliberarea a 7 kcal pe mol - în special 7,3 de la ATP la ADP și 8,2 pentru producerea de adenozină monofosfat (AMP) din ATP. Aceasta echivalează cu 12.000 de calorii pe mol de ATP.

De ce apare această eliberare de energie?

Deoarece produsele de hidroliză sunt mult mai stabile decât compusul inițial, adică ATP.

Trebuie menționat că numai hidroliza care apare pe legăturile de pirofosfat pentru a da naștere la formarea de ADP sau AMP duce la generarea de energie în cantități semnificative.

Hidroliza celorlalte legături din moleculă nu oferă la fel de multă energie, cu excepția hidrolizei pirofosfatului anorganic, care are o cantitate mare de energie.

Eliberarea de energie din aceste reacții este utilizată pentru a efectua reacții metabolice în interiorul celulei, deoarece multe dintre aceste procese au nevoie de energie pentru a funcționa, atât în ​​etapele inițiale ale căilor de degradare, cât și în biosinteza compușilor. .

De exemplu, în metabolismul glucozei, etapele inițiale implică fosforilarea moleculei. În etapele următoare, este generat un ATP nou, pentru a obține un profit net pozitiv.

Din punct de vedere energetic, există alte molecule a căror energie de eliberare este mai mare decât cea a ATP, incluzând 1,3-bisfosfogliceratul, carbamilfosfatul, fosfatul de creatinină și fosfenolpiruvatul.

Obținerea ATP

ATP poate fi obținut prin două căi: fosforilarea oxidativă și fosforilarea la nivelul substratului. Primul necesită oxigen, în timp ce al doilea nu. Aproximativ 95% din ATP-ul format se produce în mitocondrii.

Fosforilare oxidativă

Fosforilarea oxidativă implică un proces de oxidare în două faze a nutrienților: obținerea coenzimelor reduse NADH și FADH ₂ derivate din vitamine.

Reducerea acestor molecule necesită utilizarea de hidrogeni din nutrienți. În grăsimi, producția de coenzime este remarcabilă, datorită cantității enorme de hidrogeni pe care o au în structura lor, în comparație cu peptidele sau carbohidrații.

Deși există mai multe căi de producție a coenzimelor, cea mai importantă rută este ciclul Krebs. Ulterior, coenzimele reduse sunt concentrate în lanțurile respiratorii situate în mitocondrii, care transferă electronii în oxigen.

Lanțul de transport de electroni este format dintr-o serie de proteine ​​cuplate cu membrană care pompează protonii (H +) către exterior (vezi imaginea). Acești protoni intră și traversează din nou membrana cu ajutorul unei alte proteine, ATP sintaza, responsabilă pentru sinteza ATP.

Cu alte cuvinte, trebuie să reducem coenzimele, mai mult ADP și oxigen generează apă și ATP.

Sursa: De Bustamante Yess, de la Wikimedia Commons

Fosforilarea nivelului substratului

Fosforilarea la nivel de substrat nu este la fel de importantă ca mecanismul descris mai sus și, deoarece nu necesită molecule de oxigen, este adesea asociată cu fermentația. În acest fel, deși este foarte rapid, extrage puțină energie, dacă o comparăm cu procesul de oxidare ar fi de aproximativ cincisprezece ori mai puțin.

În corpul nostru, procesele de fermentare au loc la nivel muscular. Acest țesut poate funcționa fără oxigen, astfel încât este posibil ca o moleculă de glucoză să fie degradată în acid lactic (atunci când facem o activitate sportivă exhaustivă, de exemplu).

În fermentații, produsul final are încă potențial energetic care poate fi extras. În cazul fermentației în mușchi, carbonii din acidul lactic sunt la același nivel de reducere ca cei ai moleculei inițiale: glucoza.

Astfel, producerea de energie are loc prin formarea de molecule care au legături cu energie mare, incluzând 1,3-bisfosfoglicratul și fosfenolpiruvatul.

În glicoliză, de exemplu, hidroliza acestor compuși este legată de producerea de molecule de ATP, de aici termenul „la nivel de substrat”.

Ciclul ATP

ATP nu este niciodată memorat. Se află într-un ciclu continuu de utilizare și sinteză. Acest lucru creează un echilibru între ATP format și produsul său hidrolizat, ADP.

Sursa: De Muessig, de la Wikimedia Commons

Alte molecule de energie

ATP nu este singura moleculă compusă din nucleosid bisfosfat care există în metabolismul celular. Există o serie de molecule cu structuri similare cu ATP care au un comportament energetic comparabil, deși nu sunt la fel de populare ca ATP.

Cel mai proeminent exemplu este GTP, guanozina trifosfat, care este utilizat în bine-cunoscutul ciclu Krebs și pe calea gluconeogenă. Alții mai puțin folosiți sunt CTP, TTP și UTP.

Referințe

1. Guyton, AC, & Hall, JE (2000). Cartea de fiziologie umană.
2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall Tratat de fiziologie medicală. Elsevier Brazilia.
3. Hernandez, AGD (2010). Tratat de nutriție: compoziția și calitatea nutrițională a alimentelor. Editura Medicală Panamericană.
4. Lim, MY (2010). Elementele esențiale în metabolism și nutriție. Elsevier.
5. Pratt, CW, & Kathleen, C. (2012). Biochimie. Editorial El Manual Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Fundamentele biochimiei. Editorial Médica Panaméricana.