Egenskaper hos ATP

Innehåll

• Översikt över nukleotider
• Nukleotider: Nomenklatur
• ATP-egenskaper
• Metabola källor till ATP i celler
• ATP-cykeln
• Kliniska användningar av ATP

Adenosintrifosfat (ATP) är utan tvekan den viktigaste molekylen i studien av biokemi, eftersom allt liv omedelbart skulle upphöra om detta relativt enkelt ämne skulle försvinna från existensen. ATP betraktas som cellernas "energivaluta" eftersom det oavsett vad som går in i en organisme som bränslekälla (t.ex. mat i djur, koldioxidmolekyler i växter) används i slutändan för att generera ATP, som sedan är tillgänglig för kraft alla cellens behov och därmed organismen som helhet.

ATP är en nukleotid som ger den mångsidighet i kemiska reaktioner. Molekyler (från vilka ATP kan syntetiseras) är allmänt tillgängliga i celler. Vid 1990-talet användes ATP och dess derivat i kliniska miljöer för att behandla olika tillstånd, och andra applikationer fortsätter att undersökas.

Med tanke på denna molekyls avgörande och universella roll är det verkligen värt den energi du kommer att spendera i processen att lära sig om produktion av ATP och dess biologiska betydelse.

Översikt över nukleotider

Så pass att nukleotider har någon form av rykte bland vetenskapsentusiaster som inte är utbildade biokemister, de är förmodligen bäst kända som monomerer, eller små upprepande enheter, från vilka nukleinsyror - de långa polymererna DNA och RNA - är tillverkade.

Nukleotider består av tre distinkta kemiska grupper: en femkol, eller ribos, socker, som i DNA är deoxiribos och i RNA är ribos; en kvävehaltig eller kväveatomrik bas; och en till tre fosfatgrupper.

Den första (eller enda) fosfatgruppen är kopplad till en av kolerna på sockerdelen, medan eventuella ytterligare fosfatgrupper sträcker sig utåt från befintliga för att bilda en minikedja. En nukleotid utan fosfater - det vill säga deoxiribos eller ribos kopplad till en kvävebas - kallas en nukleosid.

Kvävebaser finns i fem typer och dessa bestämmer både namnet och beteendet hos enskilda nukleotider. Dessa baser är adenin, cytosin, guanin, tymin och uracil. Tymin förekommer endast i DNA, medan i RNA förekommer uracil där tymin skulle visas i DNA.

Nukleotider: Nomenklatur

Nukleotider har alla förkortningar med tre bokstäver. Den första betecknar den närvarande basen, medan de sista två anger antalet fosfater i molekylen. ATP innehåller således adenin som bas och har tre fosfatgrupper.

Istället för att inkludera basens namn i dess ursprungliga form, ersätts emellertid suffixet "-ine" med "-osin" när det gäller adeninbärande nukleotider; liknande små avvikelser förekommer för de andra nukleosiderna och nuklotiderna.

Därför, AMP är adenosinmonofosfat och ADP är adenosindifosfat. Båda molekylerna är i sin egen rätt viktiga för cellulär metabolism och är föregångare till eller nedbrytningsprodukter av ATP.

ATP-egenskaper

ATP identifierades först 1929. Det finns i varje cell i varje organisme och det är levande kemiska medel för att lagra energi. Den genereras huvudsakligen genom cellulär andning och fotosyntes, varav den senare endast förekommer i växter och vissa prokaryota organismer (encelliga livsformer i domänerna Archaea och Bacteria).

ATP diskuteras vanligtvis i samband med reaktioner som involverar antingen anabolism (metaboliska processer som syntetiserar större och mer komplexa molekyler från mindre) eller katabolism (metaboliska processer som gör motsatsen och bryter ner större och mer komplexa molekyler till mindre).

ATP ger emellertid också en hand till cellen på andra sätt som inte är direkt relaterade till dess bidragande energi till reaktioner; till exempel är ATP användbar som en messenger-molekyl i olika typer av cell signalering och kan donera fosfatgrupper till molekyler utanför området för anabolism och katabolism.

Metabola källor till ATP i celler

glykolys: Prokaryoter är, som nämnts, encelliga organismer, och deras celler är mycket mindre komplexa än de i den övre högsta grenen på livets organisationsträd, eukaryoter (djur, växter, protister och svampar). Som sådant är deras energibehov ganska blygsamma jämfört med prokaryoter. Praktiskt taget alla härleder sin ATP helt från glykolys, nedbrytningen i cellcytoplasma för sexkolsocker glukos i två molekyler i tre-kolmolekylen pyruvat och två ATP.

Det är viktigt att glykolys inkluderar en "investering" -fas som kräver inmatning av två ATP per glukosmolekyl och en "payoff" -fas där fyra ATP genereras (två per molekyl pyruvat).

Precis som ATP är energin valuta av alla celler - det vill säga molekylen där energi kan lagras på kort sikt för senare användning - glukos är den ultimata energikällan för alla celler. I prokaryoter representerar emellertid slutförandet av glykolys slutet på energiproduktionslinjen.

Cellandningen: I eukaryota celler är ATP-partiet bara igång i slutet av glykolysen eftersom dessa celler har det mitokondrier, fotbollsformade organeller som använder syre för att generera mycket mer ATP än glykolys enbart kan.

Cellulär andning, även kallad aerob respiration ("med syre"), börjar med Krebs cykel. Denna serie av reaktioner som inträffar i mitokondrier kombinerar två-kolmolekylen acetyl CoA, en direkt ättling till pyruvat, med oxaloacetat att skapa citrat, som gradvis reduceras från en sexkolstruktur tillbaka till oxaloacetat, vilket skapar en liten mängd ATP men mycket elektronbärare.

Dessa transportörer (NADH och FADH₂) delta i nästa steg av cellulär andning, som är elektrontransportkedjan eller ECT. ECT sker på det inre membranet i mitokondrier, och genom en systematisk juggingakt av elektroner resulterar i produktion av 32 till 34 ATP per "uppströms" glukosmolekyl.

Fotosyntes: Denna process, som utspelar sig i det grönpigmentinnehållande kloroplaster av växtceller, kräver ljus för att fungera. Den använder CO₂ extraheras från den yttre miljön för att bygga glukos (växter kan ju inte "äta"). Växtceller har också mitokondrier, så efter att växter i själva verket gör sin egen mat i fotosyntes följer cellens andning.

ATP-cykeln

När som helst, människokroppen innehåller cirka 0,1 mol ATP. EN mol är cirka 6,02 × 10²³ enskilda partiklar; molans massa för ett ämne är hur mycket en mol av det ämnet väger i gram, och värdet för ATP är drygt 500 g / mol (drygt ett pund). Det mesta av detta kommer direkt från fosforylering av ADP.

En typiska personceller gabbar upp cirka 100 till 150 mol per dag av ATP, eller cirka 50 till 75 kg - över 100 till 150 pund! Detta innebär att mängden ATP-omsättning på en dag i en viss person är ungefär 100 / 0,1 till 150 / 0,1 mol, eller 1 000 till 1 500 mol.

Kliniska användningar av ATP

Eftersom ATP bokstavligen är överallt i naturen och deltar i ett brett spektrum av fysiologiska processer - inklusive nervöverföring, muskelsammandragning, hjärtfunktion, blodkoagulation, utvidgning av blodkärl och kolhydratmetabolism - har dess användning som "medicinering" undersökts.

Till exempel används adenosin, den nukleosid som motsvarar ATP, som ett hjärtläkemedel för att förbättra blodflödet i hjärtkärlet i nödsituationer, och i slutet av 1900-talet undersöktes den som ett möjligt smärtstillande medel (dvs smärtkontroll) ombud).