מאפייני ATP

תוֹכֶן

• סקירה כללית של נוקלאוטידים
• Nucleotides: Nomenclature
• מאפייני ATP
• מקורות מטבוליים של ATP בתאים
• מחזור ה- ATP
• שימושים קליניים של ATP

אדנוזין טריפוספט (ATP) הוא, ככל הנראה, המולקולה החשובה ביותר במחקר הביוכימיה, מכיוון שכל החיים ייפסקו מייד אם החומר הפשוט יחסית הזה ייעלם מקיומו. ATP נחשב ל"מטבע האנרגיה "של התאים מכיוון שלא משנה מה נכנס לאורגניזם כמקור דלק (למשל, מזון בבעלי חיים, מולקולות פחמן דו חמצני בצמחים), בסופו של דבר הוא משמש לייצור ATP, אשר אז זמין לשלטון. כל צרכי התא ומכאן האורגניזם בכללותו.

ATP הוא נוקלאוטיד, המעניק לו גמישות בתגובות כימיות. מולקולות (מהן לסנתז את ATP) זמינות באופן נרחב בתאים. עד שנות התשעים, ATP ונגזרותיה שימשו במסגרות קליניות לטיפול במצבים שונים, ויישומים אחרים ממשיכים להיבדק.

בהתחשב בתפקיד המכריע והאוניברסלי של מולקולה זו, למידה על ייצור ה- ATP ומשמעותה הביולוגית בהחלט שווה את האנרגיה שתשלמו בתהליך.

סקירה כללית של נוקלאוטידים

עד כדי ש נוקליאוטידים יש מוניטין כלשהו בקרב חובבי מדע שאינם מיומנים בביוכימאים, הם ככל הנראה הידועים ביותר כ- מונומרים, או יחידות קטנות שחוזרות על עצמן, מהן חומצות גרעין - הפולימרים הארוכים DNA ו- RNA - מיוצרים.

נוקלאוטידים מורכבים משלוש קבוצות כימיות מובחנות: סוכר בעל חמישה פחמן או ריבוז, אשר ב- DNA הוא deoxyribose וב- RNA הוא ריבוז; בסיס חנקני או חנקן אטום; וקבוצה אחת עד שלוש קבוצות פוספט.

קבוצת הפוספט הראשונה (או היחידה) מחוברת לאחת מהפחמימות שבחלק הסוכר, בעוד שקבוצות פוספט נוספות משתרעות החוצה מהקיימות ויוצרות שרשרת מיני. נוקלאוטיד ללא פוספטים - כלומר deoxyribose או ribose המחוברים לבסיס חנקני - נקרא נוקלאוזיד.

בסיסים חנקניים מגיעים בחמישה סוגים ואלה קובעים גם את השם וגם את התנהגותם של נוקלאוטידים בודדים. בסיסים אלה הם אדנין, ציטוזין, גואנין, תימין ואורציל. תימין מופיע רק ב- DNA ואילו ב- RNA אורציל מופיע במקום בו תימין מופיע ב- DNA.

Nucleotides: Nomenclature

Nucleotides לכולם יש קיצורים בני שלוש אותיות. הראשון מסמל את הבסיס הנוכחי ואילו השניים האחרונים מציינים את מספר הפוספטים במולקולה. כך ATP מכיל אדנין כבסיס שלו ויש לו שלוש קבוצות פוספט.

במקום לכלול את שם הבסיס בצורתו המקומית, עם זאת, הסיומת "-אין" מוחלפת על ידי "-וסין" במקרה של נוקלאוטידים נושאי אדנין; סטיות קטנות דומות מתרחשות אצל שאר הנוקלאוזידים והנוקלאוטידים.

לכן, AMP פועל עזר לגוף שני אדנוזין מונופוספט ו ADP פועל עזר לגוף שני אדנוזין דיפוספט. שתי המולקולות חשובות במטבוליזם התאית בפני עצמן, והן בהיותן מבשרי תוצר או פירוק של ATP.

מאפייני ATP

ATP זוהה לראשונה בשנת 1929. הוא נמצא בכל תא בכל אורגניזם והוא מהווה דברים חיים כימיים לאגירת אנרגיה. הוא נוצר בעיקר על ידי נשימה תאית ופוטוסינתזה, שהאחרונה מתרחשת רק בצמחים ובאורגניזמים פרוקריוטיים מסוימים (צורות חיים חד תאיות בתחומים ארכאאה ובקטריה).

ATP נידון בדרך כלל במצבים של תגובות הכרוכות באנאבוליזם (תהליכים מטבוליים המסנתרים מולקולות גדולות ומורכבות יותר מאלו הקטנות יותר) או קטבוליזם (תהליכים מטבוליים שעושים את ההפך ומפרקים מולקולות גדולות ומורכבות יותר למולדות קטנות יותר).

אולם ATP נותן יד לתא בדרכים אחרות שאינן קשורות ישירות לאנרגיה התורמת שלו לתגובות; לדוגמה, ATP שימושי כמולקולת שליח בסוגים שונים של איתות תאים והוא יכול לתרום קבוצות פוספט למולקולות מחוץ לתחום האנבוליזם והקטבוליזם.

מקורות מטבוליים של ATP בתאים

גליקוליזה: פרוקריוטות, כאמור, הם אורגניזמים חד-תאיים, והתאים שלהם הרבה פחות מורכבים מאלו של הענף העליון אחר על עץ החיים הארגוני, אאוקריוטות (בעלי חיים, צמחים, מפגינים ופטריות). ככאלה, צרכי האנרגיה שלהם צנועים למדי בהשוואה לאלה של פרוקריוטים. כמעט כולם שואבים את ה- ATP שלהם לחלוטין מגליקוליזה, ההתמוטטות בציטופלסמה של התא של סוכר השש-פחמן גלוקוזה לשתי מולקולות של מולקולת שלוש הפחמן פירובטה ושני ATP.

חשוב לציין כי גליקוליזה כוללת שלב "השקעה" המחייב כניסה של שתי ATP למולקולת גלוקוז, ושלב "תשלומי" בו נוצרים ארבעה ATP (שניים לכל מולקולה של פירובט).

בדיוק כמו ש- ATP הוא האנרגיה מטבע מכל התאים - כלומר המולקולה בה ניתן לאחסן אנרגיה לטווח קצר לשימוש מאוחר יותר - גלוקוז הוא מקור האנרגיה האולטימטיבי לכל התאים. לעומת זאת בפרוקריוטים השלמת הגליקוליזה מייצגת את סוף קו ייצור האנרגיה.

נשימה סלולרית: בתאים אוקריוטיים, מסיבת ה- ATP רק מתחילה בסוף הגליקוליזה מכיוון שיש בתאים אלה מיטוכונדריה, אברונים בצורת כדורגל המשתמשים בחמצן כדי לייצר ATP הרבה יותר מכפי שיכולים לבצע גליקוליזה בלבד.

נשימה סלולרית, המכונה גם נשימה אירובית ("עם חמצן"), מתחילה במערכת הנשימה מחזור קרבס. סדרת התגובות הזו המתרחשת בתוך המיטוכונדריה משלבת את מולקולת הדו-פחמן אצטיל CoA, צאצא ישיר של פירובטה, עם אוקסלואצטט ליצור ציטראטהמופחת בהדרגה ממבנה של שש פחמן בחזרה לאוקסלואצטט, ויוצר כמות קטנה של ATP אך הרבה נשאי אלקטרונים.

נשאים אלה (NADH ו- FADH₂) להשתתף בשלב הבא של הנשימה סלולרית, שהיא שרשרת הובלת האלקטרונים או ECT. ה- ECT מתרחש על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה, ובאמצעות פעולת שיטינג שיטתית של אלקטרונים מביא לייצור של 32 עד 34 ATP למולקולת גלוקוז "במעלה הזרם".

פוטוסינתזה: תהליך זה, הנפרש בתוך החומר המכיל פיגמנט ירוק כלורופלסטים של תאי צמחים, דורש אור כדי לפעול. הוא משתמש ב- CO₂ המופק מהסביבה החיצונית לבניית גלוקוז (צמחים, בסופו של דבר, אינם יכולים "לאכול"). לתאי צמחים יש גם מיטוכונדריה, כך שאחרי שצמחים, למעשה, מכינים מזון משלהם בפוטוסינתזה, נשימה אחר כך מתאימה.

מחזור ה- ATP

בכל זמן נתון, גוף האדם מכיל כ -0.1 מולקולות של ATP. א שומה הוא בערך 6.02 × 10²³ חלקיקים בודדים; המסה הטוחנית של חומר היא כמות השומה של אותו חומר שוקלת בגרמים, והערך עבור ATP הוא קצת יותר מ -500 גר '/ מול (מעט קילוגרם). רוב זה בא ישירות מה- זרחן של ADP.

תאי אנשים טיפוסיים מבלים בערך 100 עד 150 שומות ליום של ATP, או בערך 50 עד 75 קילוגרמים - מעל 100 עד 150 פאונד! משמעות הדבר היא שכמות מחזור ה- ATP ביום באדם נתון היא בערך 100 / 0.1 עד 150 / 0.1 mol, או 1,000 עד 1,500 מולקולות.

שימושים קליניים של ATP

מכיוון ש- ATP נמצא ממש בכל מקום בטבע ומשתתף במגוון רחב של תהליכים פיזיולוגיים - כולל העברת עצבים, התכווצות שרירים, תפקוד לב, קרישת דם, התרחבות כלי הדם וחילוף חומרים בפחמימות - נבדק השימוש בו כ"תרופה ".

לדוגמה, אדנוזין, הנוקלאוזיד המקביל ל- ATP, משמש כתרופת לב לשיפור זרימת הדם בכלי הלב במצבי חירום, ובסוף המאה העשרים הוא נבדק ככאב משכך כאבים (כלומר, בקרת כאב סוכן).