Kenmerken van ATP

Inhoud

• Overzicht van nucleotiden
• Nucleotiden: Nomenclatuur
• ATP-kenmerken
• Metabole bronnen van ATP in cellen
• De ATP-cyclus
• Klinisch gebruik van ATP

Adenosine trifosfaat (ATP) is misschien wel het belangrijkste molecuul in de studie van biochemie, omdat al het leven onmiddellijk zou stoppen als deze relatief eenvoudige stof uit het bestaan ​​zou verdwijnen. ATP wordt beschouwd als de "energievaluta" van cellen, want wat er ook in een organisme gaat als brandstofbron (bijvoorbeeld voedsel bij dieren, koolstofdioxidemoleculen in planten), het wordt uiteindelijk gebruikt om ATP te genereren, dat vervolgens beschikbaar is voor stroomvoorziening alle behoeften van de cel en dus het organisme als geheel.

ATP is een nucleotide, waardoor het veelzijdig is in chemische reacties. Moleculen (waaruit ATP kan worden gesynthetiseerd) zijn algemeen verkrijgbaar in cellen. Tegen de jaren negentig werden ATP en zijn derivaten in klinische omgevingen gebruikt om verschillende aandoeningen te behandelen, en andere toepassingen worden nog steeds onderzocht.

Gezien de cruciale en universele rol van dit molecuul, is leren over de productie van ATP en de biologische betekenis ervan zeker de energie waard die je in het proces verbruikt.

Overzicht van nucleotiden

Voorzover nucleotiden een reputatie hebben onder wetenschapsliefhebbers die geen getrainde biochemici zijn, ze zijn waarschijnlijk het best bekend als de monomeren, of kleine herhalende eenheden, waaruit nucleïnezuren - de lange polymeren DNA en RNA - zijn gemaakt.

Nucleotiden bestaan ​​uit drie verschillende chemische groepen: een vijf-koolstof, of ribose, suiker, die in DNA deoxyribose is en in RNA ribose is; een stikstof- of stikstofatoomrijke base; en één tot drie fosfaatgroepen.

De eerste (of enige) fosfaatgroep is bevestigd aan een van de koolstoffen op het suikerdeel, terwijl eventuele extra fosfaatgroepen zich naar buiten uitstrekken van bestaande tot een miniketen. Een nucleotide zonder fosfaten - dat wil zeggen deoxyribose of ribose verbonden met een stikstofbase - wordt een nucleoside.

Stikstofbasen zijn er in vijf soorten en deze bepalen zowel de naam als het gedrag van individuele nucleotiden. Deze basen zijn adenine, cytosine, guanine, thymine en uracil. Thymine verschijnt alleen in DNA, terwijl in RNA uracil verschijnt waar thymine in DNA zou verschijnen.

Nucleotiden: Nomenclatuur

Nucleotiden hebben allemaal drieletterige afkortingen. De eerste geeft de aanwezige base aan, terwijl de laatste twee het aantal fosfaten in het molecuul aangeven. ATP bevat dus adenine als base en heeft drie fosfaatgroepen.

In plaats van de naam van de base in zijn oorspronkelijke vorm op te nemen, wordt het achtervoegsel "-ine" echter vervangen door "-osine" in het geval van adenine-dragende nucleotiden; soortgelijke kleine afwijkingen treden op voor de andere nucleosiden en nuclotiden.

daarom AMP is adenosinemonofosfaat en ADP is adenosinedifosfaat. Beide moleculen zijn op zichzelf belangrijk in het cellulaire metabolisme en zijn ook voorlopers van of afbraakproducten van ATP.

ATP-kenmerken

ATP werd voor het eerst geïdentificeerd in 1929. Het wordt in elke cel in elk organisme aangetroffen en het is een levende chemische manier om energie op te slaan. Het wordt voornamelijk gegenereerd door cellulaire ademhaling en fotosynthese, waarvan de laatste alleen voorkomt in planten en bepaalde prokaryotische organismen (eencellige levensvormen in de domeinen Archaea en Bacteriën).

ATP wordt meestal besproken in de con van reacties die ofwel anabolisme (metabolische processen die grotere en meer complexe moleculen van kleinere synthetiseren) of katabolisme (metabolische processen die het tegenovergestelde doen en grotere en complexere moleculen in kleinere opsplitsen) omvatten.

ATP helpt de cel echter ook op andere manieren die niet direct verband houden met zijn bijdragende energie aan reacties; ATP is bijvoorbeeld nuttig als een messenger-molecuul in verschillende soorten cel signalering en kan fosfaatgroepen doneren aan moleculen buiten het domein van anabolisme en katabolisme.

Metabole bronnen van ATP in cellen

glycolyse: Prokaryoten zijn, zoals opgemerkt, eencellige organismen en hun cellen zijn veel minder complex dan die van de andere bovenste tak in de organisatiestructuur van het leven, eukaryoten (dieren, planten, protisten en schimmels). Als zodanig zijn hun energiebehoeften vrij bescheiden in vergelijking met die van prokaryoten. Vrijwel alle ontlenen hun ATP volledig aan glycolyse, de afbraak in het celcytoplasma van de zes-koolstofsuiker glucose in twee moleculen van het drie-koolstof molecuul pyruvaat en twee ATP.

Belangrijk is dat glycolyse een "investerings" -fase omvat die de invoer van twee ATP per glucosemolecuul vereist, en een "uitbetalings" -fase waarin vier ATP worden gegenereerd (twee per molecuul pyruvaat).

Net zoals ATP de energie is valuta van alle cellen - dat wil zeggen, de molecule waarin energie op korte termijn kan worden opgeslagen voor later gebruik - glucose is de ultieme energiebron voor alle cellen. In prokaryoten betekent de voltooiing van glycolyse echter het einde van de energieopwekkingslijn.

Cellulaire ademhaling: In eukaryotische cellen begint de ATP-partij pas aan het einde van de glycolyse omdat deze cellen dat hebben mitochondria, voetbalvormige organellen die zuurstof gebruiken om veel meer ATP te genereren dan glycolyse alleen.

Cellulaire ademhaling, ook aërobe ("met zuurstof") ademhaling genoemd, begint met de citroenzuurcyclus. Deze reeks reacties die optreden binnen mitochondriën combineert het tweekoolstofmolecuul acetyl COA, een directe afstammeling van pyruvate, met oxaalacetaat maken citraat, die geleidelijk wordt teruggebracht van een zes-koolstofstructuur terug naar oxaloacetaat, waardoor een kleine hoeveelheid ATP maar veel elektronendragers.

Deze dragers (NADH en FADH₂) deelnemen aan de volgende stap van cellulaire ademhaling, namelijk de elektronentransportketen of ECT. De ECT vindt plaats op het binnenmembraan van mitochondriën en door een systematische jugging van elektronen resulteert in de productie van 32 tot 34 ATP per "stroomopwaartse" glucosemolecule.

Fotosynthese: Dit proces, dat zich ontvouwt in het groen-pigment bevattende chloroplasten van plantencellen, heeft licht nodig om te werken. Het gebruikt CO₂ gewonnen uit de externe omgeving om glucose op te bouwen (planten kunnen immers niet 'eten'). Plantencellen hebben ook mitochondriën, dus nadat planten in feite hun eigen voedsel maken bij fotosynthese, volgt cellulaire ademhaling.

De ATP-cyclus

Op elk moment, het menselijk lichaam bevat ongeveer 0,1 mol ATP. EEN mol is ongeveer 6,02 × 10²³ individuele deeltjes; de molaire massa van een stof is de hoeveelheid die een mol van die stof in gram weegt, en de waarde voor ATP is iets meer dan 500 g / mol (iets meer dan een pond). Het meeste hiervan komt rechtstreeks van de fosforylering van ADP.

Een typische persoonscellen slikken ongeveer 100 tot 150 mol per dag ATP, of ongeveer 50 tot 75 kilogram - meer dan 100 tot 150 pond! Dit betekent dat de hoeveelheid ATP-omzet per dag bij een bepaalde persoon ongeveer 100 / 0,1 tot 150 / 0,1 mol is, of 1.000 tot 1500 mol.

Klinisch gebruik van ATP

Omdat ATP letterlijk overal in de natuur voorkomt en deelneemt aan een breed scala van fysiologische processen - waaronder zenuwtransmissie, spiercontractie, hartfunctie, bloedstolling, de verwijding van bloedvaten en koolhydraatmetabolisme - is het gebruik ervan als een "medicijn" onderzocht.

Bijvoorbeeld, adenosine, het nucleoside dat overeenkomt met ATP, wordt gebruikt als een hartmedicijn om de bloedstroom van het bloedvat in noodsituaties te verbeteren, en tegen het einde van de 20e eeuw werd het onderzocht als een mogelijk analgeticum (dwz pijnbestrijding) middel).