Adenozynotrifosforan

Formuła strukturalna
Struktura trifosforanu adenozyny
Generał
Nazwisko Adenozynotrifosforan
inne nazwy
  • Adenozyna 5 ′ - (trójwodoro trifosforan)
  • Kwas adenozyno-5'-trifosforowy
  • ATP
  • TRIFOSFORAN ADENOZYNY ( INCI )
Formuła molekularna C 10 H 16 N 5 O 13 P 3
Krótki opis

bezbarwne ciało stałe

Zewnętrzne identyfikatory / bazy danych
numer CAS 56-65-5
Numer WE 200-283-2
Karta informacyjna ECHA 100 000 258
PubChem 5957
ChemSpider 5742
DrugBank DB00171
Wikidane Q80863
nieruchomości
Masa cząsteczkowa 507,18 g mol -1
Stan fizyczny

mocno

instrukcje bezpieczeństwa
Oznakowanie zagrożeń GHS
brak piktogramów GHS
Zwroty H i P. H: brak zwrotów H.
P: brak zwrotów P.
W miarę możliwości i zwyczajów stosuje się jednostki SI . O ile nie zaznaczono inaczej, podane dane dotyczą warunków standardowych .

Adenozynotrifosforan lub ATP krótki , to nukleotydów , a mianowicie trójfosforanowa do nukleozydu adenozyny .

Trifosforan adenozyny jest uniwersalnym i natychmiast dostępnym nośnikiem energii w komórkach oraz ważnym regulatorem procesów zaopatrzenia w energię. Adenozynotrifosforan cząsteczka składa się z adeniny pozostałości , cukru rybozy i trzech fosforanów (a z y w a) ester (a) lub bezwodnikiem wiązania (p i y).

historia

Przestrzenna struktura ATP

Trifosforan adenozyny został odkryty w 1929 roku przez niemieckiego biochemika Karla Lohmanna . Synteza chemiczna ATP została po raz pierwszy opublikowana w 1949 roku przez Jamesa Baddileya i Alexandra Robertusa Todda . Rola jako głównego źródła energii w komórkach została wyjaśniona przez Fritza Lipmanna w latach 1939-1941 , po tym, jak Vladimir Alexandrowitsch Engelhardt wykazał w 1935 roku, że ATP jest niezbędny do skurczów mięśni, a Herman Moritz Kalckar wykazał związek między oddychaniem komórkowym a biosyntezą. ATP w 1937 roku. Podjednostki odpowiedzialnej syntazy ATP zostały po raz pierwszy wyizolowane przez Efraima Rackera w 1960 roku.

Źródło energii

Procesy zachodzące w komórkach wymagają również energii do wykonywania prac chemicznych, takich jak synteza cząsteczek organicznych, prace osmotyczne, takie jak transport substancji czynnej przez biomembrany, oraz prace mechaniczne, takie jak skurcze mięśni . ATP jest używany przede wszystkim jako nośnik energii. Te reszty fosforanowe tym trifosforanu nukleozydu połączone są jeden od drugiego poprzez fosforu bezwodnika wiązania ( bezwodnik kwasu obligacje). Jedną lub dwie grupy fosforanowe można oddzielić przez hydrolizę katalizowaną enzymatycznie i powstają difosforan adenozyny (ADP) i monofosforan lub monofosforan adenozyny (AMP) i pirofosforan . Gdy wiązania fosforanowe są rozszczepione, do pracy w standardowych warunkach można użyć 32,3 kJ / mol, gdy jedno wiązanie jest zerwane lub 64,6 kJ / mol, gdy oba wiązania są zerwane.

Cząsteczka sygnalizacyjna

Wewnątrzkomórkowe

ATP jest ko- substrat z kinaz , grupa enzymów, fosforanów przenoszenia, które odgrywają kluczową rolę w metabolizmie i regulacji metabolicznej . Ważnymi członkami tej ostatniej grupy są kinazy białkowe , które w zależności od mechanizmu aktywacji nazywane są kinazą białkową A ( zależną od PKA, cAMP ), kinazą białkową C ( zależną od wapnia ), kinazą kalmoduliny , lub kinaza białkowa stymulowana insuliną (ISPK), żeby wymienić tylko kilka przykładów. W przypadku cukru we krwi omówione są pewne podstawowe zasady, zgodnie z którymi można połączyć szereg kinaz, tworząc kaskadę enzymatyczną .

Zewnątrzkomórkowy

ATP (podobnie jak ADP i adenozyna) jest agonistą receptorów purynergicznych, które odgrywają rolę zarówno w ośrodkowym, jak i obwodowym układzie nerwowym . W związku z tym bierze udział w takich procesach, jak regulacja przepływu krwi lub pośrednictwo w reakcjach zapalnych . Jest on wydany po urazach nerwowych i może stymulować do proliferacji z astrocytów i neuronów .

regeneracja

Komórka regeneruje ATP z AMP lub ADP utworzonego podczas uwalniania energii z ATP. Są na to dwa różne sposoby, zwane fosforylacją łańcucha substratu i fosforylacją transportu elektronów (łańcuch oddechowy).

W podłoża łańcucha fosforylacji , A reszta fosforanowa jest związany z produktu pośredniego z podziałem istotnych źródeł energii i po dalszej przemiany produktu pośredniego, jest przenoszony do ADP.

W elektronowej transportowym fosforylacja w transporcie elektronów wzdłuż redoks gradientem poprzez różne elektronów i wodoru nośnych w transportów błony protonu z jednego miejsca w komorze zamkniętej przez membranę do drugiej. W bakteriach protony są wypompowywane na zewnątrz. U eukariontów procesy te zachodzą w mitochondriach . Tam protony są eksportowane z macierzy mitochondrialnej do przestrzeni międzybłonowej . W obu przypadkach generowany jest gradient protonów i wykorzystywany jako potencjał chemiosmotyczny ΔP , który składa się z różnicy stężeń protonów ΔpH i różnicy potencjałów elektrycznych ΔΨ . Refluks protonów przez enzym syntazę ATP , który również znajduje się w błonie, napędza energochłonne wiązanie nieorganicznych reszt fosforanowych z ADP, które jest katalizowane przez ten enzym. W niektórych organizmach zamiast protonów stosuje się jony sodu; mają one analogiczną syntazę ATP zależną od Na + .

W organizmach chemotroficznych elektrony są wprowadzane do łańcucha oddechowego w postaci środków redukujących NADH , NADPH , FADH 2 lub zredukowanej ferredoksyny . Pochodzą one z oksydacyjnego rozkładu wysokoenergetycznych związków, takich jak węglowodany czy kwasy tłuszczowe. W organizmach tlenowych elektrony są przenoszone do tlenu, który tworzy wodę. W oddychaniu beztlenowym można stosować inne akceptory elektronów, np. Siarkę lub żelazo (II). W obu przypadkach istnieje różnica elektrochemiczna, która jest wykorzystywana do generowania ATP. U eukariontów proces ten zachodzi w mitochondriach , u prokariontów w cytoplazmie.

W organizmach fototroficznych , po pochłonięciu światła przez chlorofile, elektrony te wydzielane są na wysokim poziomie energii. Energia światła jest wykorzystywana do generowania różnicy elektrochemicznej. W roślinach zielonych ma to miejsce w chloroplastach , u bakterii w cytoplazmie . Ze względu na użycie światła mówi się w tym przypadku o fotofosforylacji .

Krótkotrwała regeneracja komórek mięśniowych

Ponieważ fosforylacja oksydacyjna w łańcuchu oddechowym jest stosunkowo powolnym procesem, podaż ATP w silnie zestresowanych komórkach (komórkach mięśniowych) musi zostać uzupełniona w krótkim czasie. Podaż ATP (w komórce mięśniowej ok. 6 mmol / kg mięśni) trwa tylko około 2-3 sekund przy maksymalnym skurczu. Cząsteczki o wyższym potencjale przenoszenia grupowym niż ATP stanowią rezerwę. Komórki mięśniowe ssaków utrzymują w gotowości zapas fosforanu kreatyny (21 mmol / kg mięśni; 0,08% na masę ciała). Kinazy kreatynowej katalizuje przeniesienie fosforylu z fosforanu kreatyny do ADP. Jeśli to zasilanie zostanie zużyte po 6–10 sekundach, wyżej wymienione mechanizmy muszą odpowiadać wyłącznie za regenerację ATP.

Zaopatrzenie w energię w komórkach mięśniowych

Podczas energicznego wysiłku mięśni komórki mięśniowe rozkładają glukozę do mleczanu podczas fermentacji kwasu mlekowego, aby szybko wytworzyć ATP. Sam mleczan jest ponownie odbudowywany w wątrobie do pirogronianu, a następnie do glukozy przy zużyciu ATP ( glukoneogeneza ). Ta glukoza jest następnie udostępniana mięśniom jako źródło energii. Ten cykl jest również znany jako cykl Cori .

W nagłych przypadkach rozkładane są również własne białka organizmu, aby wytworzyć energię. Białka są rozkładane na aminokwasy, a te są najczęściej rozkładane na pirogronian. W sposób podobny do cyklu Cori pirogronian jest najpierw transaminowany do alaniny i transportowany do wątroby. Tam te kroki są odwracane i wątroba ponownie produkuje glukozę z pirogronianu, który jest następnie udostępniany mięśniom. Ten cykl jest również znany jako cykl glukozowo-alaninowy.

Dostarczanie energii do mięśnia sercowego

Mięsień sercowy wykorzystuje kwasy tłuszczowe jako paliwo, które są rozkładane podczas β-oksydacji w licznych mitochondriach. Ponadto glukoza, mleczan (poprzez ponowne utlenienie do pirogronianu), ciała ketonowe i glikogen również mogą ulec rozkładowi. Przy dużych obciążeniach do 60% energii można uzyskać z utleniania mleczanu.

Koncentracje

Stężenie ATP jest zmienną kontrolną w komórce : Spadek poniżej 4–5 mmol / l aktywuje reakcje dostarczania energii (patrz fosfofruktokinaza ); przekroczenie progu powoduje magazynowanie energii, np. B. poprzez tworzenie fosforanu kreatyny jako szybko dostępnego (dostarczającego ATP) magazynowania w mięśniach lub odkładanie się glikogenu jako „poduszki energetycznej” w wątrobie. Jednak zapasy węglowodanów i białka są ograniczone. Dalszy nadmiar energii prowadzi (poprzez acetylo-CoA ) do magazynowania tłuszczu.

sprzedaż

U przeciętnego dorosłego ilość ATP, która jest gromadzona i rozkładana w jego organizmie każdego dnia, stanowi mniej więcej połowę jego masy ciała. Na przykład mężczyzna ważący 80 kg przekształca dziennie około 40 kg ATP, co odpowiada około 78,8 mol lub 10 25 nowo utworzonym cząsteczkom. Przy intensywnej pracy fizycznej obrót ATP może wzrosnąć do 0,5 kg na minutę.

Zobacz też

Wikisłownik: Adenozynotrifosforan  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

literatura

  • Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham: Biochemistry. 4. edycja, wydanie międzynarodowe. Brooks / Cole, Cengage Learning Services, Boston MA i in. 2009, ISBN 978-0-495-11464-2 .

Indywidualne dowody

  1. Wpis dotyczący TRIFOSFORANU ADENOZYNY w bazie danych CosIng Komisji Europejskiej, dostęp 27 marca 2020 r.
  2. Wprowadzenie na temat 5′-trifosforanu adenozyny. W: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, ostatnia wizyta 30 maja 2014.
  3. a b arkusz danych Adenozynotrifosforan z firmy Sigma-Aldrich , dostęp 12 czerwca 2011 ( PDF ).Szablon: Sigma-Aldrich / nazwa nie została podanaWzór: Sigma-Aldrich / data nie została podana
  4. JR Knowles: Katalizowane enzymatycznie reakcje transferu fosforylu . W: Annual Review of Biochemistry . taśma 49 , 1980, ISSN  0066-4154 , s. 877-919 , doi : 10.1146 / annurev.bi.49.070180.004305 , PMID 6250450 .
  5. O frakcji pirofosforanowej w mięśniu . W: Nauki przyrodnicze . taśma 17 , nie. 31 , 1 sierpnia 1929, ISSN  0028-1042 , s. 624–625 , doi : 10.1007 / BF01506215 ( springer.com [dostęp 25 kwietnia 2018]).
  6. ^ Historia ATP na stronie Nobla .
  7. HM Kalckar: Fosforylacja w tkance nerkowej . W: Enzymologia . 2, 1937, s. 47-53.
  8. ME Pullman, HS Penefsky, A. Datta, E. Racker: Częściowe rozdzielenie enzymów katalizujących fosforylację oksydacyjną. I. Oczyszczanie i właściwości rozpuszczalnej trójfosfatazy adenozynowej stymulowanej dinitrofenolem . W: The Journal of Biological Chemistry . taśma 235 , listopad 1960, ISSN  0021-9258 , s. 3322-3329 , PMID 13738472 .
  9. ^ Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham: Biochemistry. 4. edycja, wydanie międzynarodowe. Brooks / Cole, Cengage Learning Services, Boston MA i in. 2009, ISBN 978-0-495-11464-2 , s.849 .