Χαρακτηριστικά του ΑΤΡ

Περιεχόμενο

• Επισκόπηση των νουκλεοτιδίων
• Νουκλεοτίδια: Ονοματολογία
• Χαρακτηριστικά ATP
• Μεταβολικές Πηγές ΑΤΡ σε Κύτταρα
• Ο κύκλος ATP
• Κλινικές χρήσεις του ΑΤΡ

Η τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) είναι αναμφισβήτητα το πιο σημαντικό μόριο στη μελέτη της βιοχημείας, καθώς όλη η ζωή θα σταματούσε αμέσως αν αυτή η σχετικά απλή ουσία εξαφανίστηκε από την ύπαρξη. Το ATP θεωρείται το "ενεργειακό νόμισμα" των κυττάρων, επειδή ανεξάρτητα από το τι πηγαίνει σε έναν οργανισμό ως πηγή καυσίμου (π.χ. τροφή σε ζώα, μόρια διοξειδίου του άνθρακα στα φυτά), χρησιμοποιείται τελικά για την παραγωγή ATP, όλες τις ανάγκες του κυττάρου και, συνεπώς, τον οργανισμό ως σύνολο.

Το ΑΤΡ είναι ένα νουκλεοτίδιο, το οποίο του προσδίδει ευελιξία στις χημικές αντιδράσεις. Μόρια (από τα οποία συντίθεται το ΑΤΡ) είναι ευρέως διαθέσιμα σε κύτταρα. Μέχρι τη δεκαετία του 1990, το ΑΤΡ και τα παράγωγά του χρησιμοποιήθηκαν σε κλινικά περιβάλλοντα για τη θεραπεία διαφόρων συνθηκών και συνεχίζονται οι άλλες εφαρμογές.

Δεδομένου του ζωτικού και παγκόσμιου ρόλου αυτού του μορίου, η μάθηση για την παραγωγή του ATP και η βιολογική του σημασία αξίζει σίγουρα την ενέργεια που θα δαπανηθείτε στη διαδικασία.

Επισκόπηση των νουκλεοτιδίων

Στο βαθμό που νουκλεοτίδια έχουν οποιαδήποτε φήμη μεταξύ των ενθουσιωδών επιστημόνων που δεν είναι εκπαιδευμένοι βιοχημικοί, είναι πιθανώς καλύτερα γνωστοί ως μονομερή, ή μικρές επαναλαμβανόμενες μονάδες, από τις οποίες νουκλεϊκά οξέα - παράγονται τα μακρά πολυμερή DNA και RNA.

Τα νουκλεοτίδια αποτελούνται από τρεις διακριτές χημικές ομάδες: μια ζάχαρη πέντε ατόμων άνθρακα ή ριβόζης, η οποία στο DNA είναι δεοξυριβόζη και στο RNA είναι ριβόζη. μια πλούσια σε άζωτο ή πλούσια σε άζωτο βάση, και μία έως τρεις φωσφορικές ομάδες.

Η πρώτη (ή μόνο) φωσφορική ομάδα συνδέεται με έναν από τους άνθρακες στο τμήμα ζάχαρης, ενώ οποιεσδήποτε επιπλέον φωσφορικές ομάδες εκτείνονται προς τα έξω από τις υπάρχουσες για να σχηματίσουν μίνι-αλυσίδα. Ένα νουκλεοτίδιο χωρίς φωσφορικά - δηλαδή, δεοξυριβόζη ή ριβόζη που συνδέεται με μια αζωτούχο βάση - ονομάζεται νουκλεοσίδιο.

Οι αζωτούχες βάσεις έρχονται σε πέντε τύπους και αυτές καθορίζουν τόσο το όνομα όσο και τη συμπεριφορά μεμονωμένων νουκλεοτιδίων. Αυτές οι βάσεις είναι αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη, θυμίνη και ουρακίλη. Το θυμίνιο εμφανίζεται μόνο στο DNA, ενώ στο RNA, εμφανίζεται ουρακίλη όπου η θυμίνη θα εμφανιστεί στο DNA.

Νουκλεοτίδια: Ονοματολογία

Όλα τα νουκλεοτίδια έχουν συντμήσεις τριών γραμμάτων. Ο πρώτος δηλώνει την παρουσία βάσης, ενώ τα δύο τελευταία δείχνουν τον αριθμό των φωσφορικών στο μόριο. Έτσι, το ΑΤΡ περιέχει αδενίνη ως βάση και έχει τρεις φωσφορικές ομάδες.

Αντί να περιληφθεί το όνομα της βάσης στη φυσική της μορφή, ωστόσο, το επίθημα "-in" αντικαθίσταται από "-αζίνη" στην περίπτωση των νουκλεοτιδίων που φέρουν αδενίνη. παρατηρούνται παρόμοιες μικρές αποκλίσεις για τους άλλους νουκλεοζίτες και τα νουκλετίδια.

Επομένως, ΑΜΠΕΡΑΖ είναι μονοφωσφορική αδενοσίνη και ADP είναι διφωσφορική αδενοσίνη. Και τα δύο μόρια είναι σημαντικά στον κυτταρικό μεταβολισμό από μόνα τους, καθώς είναι πρόδρομοι ή προϊόντα διάσπασης του ΑΤΡ.

Χαρακτηριστικά ATP

Το ATP αναγνωρίστηκε για πρώτη φορά το 1929. Βρίσκεται σε κάθε κύτταρο σε κάθε οργανισμό και είναι ζωντανά πράγματα χημικά μέσα αποθήκευσης ενέργειας. Παράγεται κυρίως από την κυτταρική αναπνοή και τη φωτοσύνθεση, η τελευταία της οποίας εμφανίζεται μόνο σε φυτά και ορισμένους προκαρυωτικούς οργανισμούς (μονοκύτταρες μορφές ζωής στις περιοχές Αρχαία και Βακτήρια).

Το ATP συνήθως συζητείται στο πλαίσιο αντιδράσεων που περιλαμβάνουν είτε αναβολισμό (μεταβολικές διεργασίες που συνθέτουν μεγαλύτερα και πιο σύνθετα μόρια από μικρότερες) είτε καταβολισμό (μεταβολικές διεργασίες που κάνουν το αντίθετο και καταστρέφουν μεγαλύτερα και πιο σύνθετα μόρια σε μικρότερα).

Ωστόσο, η ATP προσδίδει ένα χέρι στο κελί με άλλους τρόπους που δεν σχετίζονται άμεσα με τη συμβολή της ενέργειας στις αντιδράσεις. για παράδειγμα, το ΑΤΡ είναι χρήσιμο ως αγγελιοφόρο μόριο σε διάφορους τύπους κυτταρικής σηματοδότησης και μπορούν να δώσουν φωσφορικές ομάδες σε μόρια εκτός του τομέα αναβολισμού και καταβολισμού.

Μεταβολικές Πηγές ΑΤΡ σε Κύτταρα

Γλυκόλυση: Οι προκαρυώτες, όπως σημειώνεται, είναι μονοκύτταροι οργανισμοί και τα κύτταρα τους είναι πολύ λιγότερο περίπλοκα από εκείνα του άλλου ανώτατου κλάδου στο οργανωτικό δέντρο της ζωής, ευκαρυωτών (ζώα, φυτά, καταπολέμηση και μύκητες). Ως εκ τούτου, οι ενεργειακές τους ανάγκες είναι αρκετά μέτριες σε σύγκριση με εκείνες των προκαρυωτών. Ουσιαστικά όλοι τους αποδίδουν το ΑΤΡ εξ ολοκλήρου από γλυκόλυση, την διάσπαση στο κυτταρόπλασμα κυττάρων της ζάχαρης των έξι ανθράκων γλυκόζη σε δύο μόρια του μορίου τριών-άνθρακα πυροσταφυλικό και δύο ATP.

Είναι σημαντικό ότι η γλυκόλυση περιλαμβάνει μια φάση "επένδυσης" που απαιτεί την εισαγωγή δύο ATP ανά μόριο γλυκόζης και μία φάση "απόδοσης" στην οποία παράγονται τέσσερα ΑΤΡ (δύο ανά μόριο πυροσταφυλικού οξέος).

Ακριβώς όπως το ATP είναι η ενέργεια νόμισμα όλων των κυττάρων - δηλαδή, το μόριο στο οποίο η ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί βραχυπρόθεσμα για μεταγενέστερη χρήση - η γλυκόζη είναι η τελική πηγή ενέργειας για όλα τα κύτταρα. Στα προκαρυωτικά όμως, η ολοκλήρωση της γλυκόλυσης αντιπροσωπεύει το τέλος της γραμμής παραγωγής ενέργειας.

Κυτταρική αναπνοή: Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, το κόμμα ΑΤΡ αρχίζει μόνο στο τέλος της γλυκόλυσης επειδή αυτά τα κύτταρα έχουν μιτοχόνδρια, ποδοσφαιρικά οργανίδια που χρησιμοποιούν οξυγόνο για να παράγουν πολύ περισσότερα ATP από ό, τι η γλυκόλυση μόνη της.

Η κυτταρική αναπνοή, που ονομάζεται επίσης αερόβια ("με οξυγόνο") αναπνοή, ξεκινά με το Κύκλος Krebs. Αυτή η σειρά αντιδράσεων που συμβαίνουν μέσα στα μιτοχόνδρια συνδυάζει το μόριο δύο ατόμων άνθρακα ακετυλ CoA, ένας άμεσος απόγονος του πυροσταφυλικού, με οξαλοξεικό για να δημιουργήσω κιτρικό άλας, η οποία μειώνεται σταδιακά από μια δομή έξι ατόμων άνθρακα πίσω στο οξαλοξεικό, δημιουργώντας μια μικρή ποσότητα ATP αλλά πολλά φορέων ηλεκτρονίων.

Αυτοί οι φορείς (NADH και FADH₂) συμμετέχουν στο επόμενο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, που είναι η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ή η ECT. Η ECT λαμβάνει χώρα στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, και μέσω μιας συστηματικής πράξης ηλεκτροσυγκόλλησης έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή 32 έως 34 ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης "ανοδικά".

Φωτοσύνθεση: Αυτή η διαδικασία, η οποία ξεδιπλώνεται στο περιέχον πράσινο-πιγμέντο χλωροπλάστες των φυτικών κυττάρων, απαιτεί φως για να λειτουργήσει. Χρησιμοποιεί CO₂ που εξάγονται από το εξωτερικό περιβάλλον για την κατασκευή γλυκόζης (τα φυτά, μετά από όλα, δεν μπορούν να "τρώνε"). Τα φυτικά κύτταρα έχουν επίσης μιτοχόνδρια, έτσι ώστε τα φυτά, στην πραγματικότητα, κάνουν τη δική τους τροφή στη φωτοσύνθεση, ακολουθεί η κυτταρική αναπνοή.

Ο κύκλος ATP

Σε κάθε δεδομένη στιγμή, το ανθρώπινο σώμα περιέχει περίπου 0,1 γραμμομόρια ΑΤΡ. ΕΝΑ ΕΛΙΑ δερματος είναι περίπου 6,02 χ 10²³ μεμονωμένα σωματίδια. η μοριακή μάζα μιας ουσίας είναι το πόσο ένα γραμμομόριο αυτής της ουσίας ζυγίζει σε γραμμάρια και η τιμή για το ATP είναι λίγο πάνω από 500 g / mol (λίγο πάνω από μία λίβρα). Τα περισσότερα από αυτά προέρχονται απευθείας από το φωσφορυλίωση του ADP.

Ένα τυπικό άτομο κυττάρων χαστούκι περίπου 100 με 150 moles την ημέρα του ΑΤΡ, ή περίπου 50 έως 75 κιλά - πάνω από 100 έως 150 κιλά! Αυτό σημαίνει ότι η ποσότητα του κύκλου ΑΤΡ ανά ημέρα σε ένα δεδομένο άτομο είναι περίπου 100 / 0,1 έως 150 / 0,1 mol ή 1,000 έως 1,500 mol.

Κλινικές χρήσεις του ΑΤΡ

Επειδή η ATP είναι κυριολεκτικά παντού στη φύση και συμμετέχει σε ένα ευρύ φάσμα φυσιολογικών διεργασιών - συμπεριλαμβανομένης της μετάδοσης των νεύρων, της συστολής των μυών, της καρδιακής λειτουργίας, της πήξης του αίματος, της διαστολής των αιμοφόρων αγγείων και του μεταβολισμού των υδατανθράκων, έχει ερευνηθεί η χρήση της ως «φαρμάκου».

Για παράδειγμα, η αδενοσίνη, ο νουκλεοζίτης που αντιστοιχεί στο ΑΤΡ, χρησιμοποιείται ως καρδιακό φάρμακο για τη βελτίωση της ροής αίματος των καρδιακών αγγείων σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και μέχρι τα τέλη του 20ου αιώνα εξετάστηκε ως πιθανό αναλγητικό (δηλαδή, έλεγχος πόνου μέσο).