Struktur ATP (adenosin trifosfat), fungsi, hidrolisis



itu ATP (adenosine triphosphate) adalah molekul organik dengan ikatan energi tinggi yang dibentuk oleh cincin adenin, ribosa dan tiga gugus fosfat. Ini memiliki peran mendasar dalam metabolisme, karena mengangkut energi yang diperlukan untuk mempertahankan serangkaian proses seluler yang berfungsi secara efisien.

Secara luas dikenal dengan istilah "mata uang energi", karena pembentukannya dan penggunaannya terjadi dengan mudah, memungkinkan untuk "membayar" dengan cepat reaksi kimia yang membutuhkan energi.

Meskipun molekul dengan mata telanjang kecil dan sederhana, molekul ini menghemat sejumlah besar energi dalam kaitannya. Gugus fosfat memiliki muatan negatif, yang berada dalam tolakan konstan, menjadikannya link yang labil dan mudah putus.

Hidrolisis ATP adalah pemecahan molekul dengan adanya air. Melalui proses ini energi yang terkandung dilepaskan.

Ada dua sumber utama ATP: fosforilasi pada tingkat substrat dan fosforilasi oksidatif, yang terakhir menjadi yang paling penting dan paling banyak digunakan oleh sel..

Fosforilasi oksidatif memasangkan oksidasi FADH2 dan NADH + H+ dalam mitokondria dan fosforilasi pada tingkat substrat terjadi di luar rantai transpor elektron, dalam rute seperti glikolisis dan siklus asam trikarboksilat.

Molekul ini bertanggung jawab untuk menyediakan energi yang diperlukan untuk sebagian besar proses yang terjadi di dalam sel, mulai dari sintesis protein hingga penggerak, untuk berlangsung. Selain itu, memungkinkan lalu lintas molekul melalui membran dan bekerja pada pensinyalan sel.

Indeks

  • 1 Struktur
  • 2 fungsi
    • 2.1 Pasokan energi untuk transportasi natrium dan kalium melalui membran
    • 2.2 Partisipasi dalam sintesis protein
    • 2.3 Menyediakan energi untuk penggerak
  • 3 Hidrolisis
    • 3.1 Mengapa pelepasan energi ini terjadi?
  • 4 Memperoleh ATP
    • 4.1 Fosforilasi oksidatif
    • 4.2 Fosforilasi pada tingkat substrat
  • 5 Siklus ATP
  • 6 Molekul energi lainnya
  • 7 Referensi

Struktur

ATP, seperti namanya, adalah nukleotida dengan tiga fosfat. Struktur khususnya, khususnya dua ikatan pirofosfat, menjadikannya senyawa yang kaya energi. Ini terdiri dari unsur-unsur berikut:

- Basa nitrogen, adenin. Basa nitrogen adalah senyawa siklik yang mengandung satu atau lebih nitrogen dalam strukturnya. Kami juga menemukan mereka sebagai komponen dalam asam nukleat, DNA dan RNA.

- Ribosa terletak di tengah molekul. Ini adalah gula dari jenis pentosa, karena memiliki lima atom karbon. Formula kimianya adalah C5H10O5. Karbon 1 ribosa melekat pada cincin adenin.

- Tiga radikal fosfat. Dua yang terakhir adalah "penghubung energi tinggi" dan diwakili dalam struktur grafik dengan simbol virgulilla: ~. Kelompok fosfat adalah salah satu yang paling penting dalam sistem biologis. Tiga kelompok disebut alfa, beta, dan gamma, dari yang paling dekat ke yang terjauh.

Tautan ini sangat labil, sehingga terbagi dengan cepat, mudah dan spontan ketika kondisi fisiologis organisme memerlukannya. Ini terjadi karena muatan negatif dari ketiga gugus fosfat mencoba untuk saling menjauh secara konstan.

Fungsi

ATP memainkan peran yang sangat diperlukan dalam metabolisme energi hampir semua organisme hidup. Untuk alasan ini, sering disebut mata uang energi, karena dapat dihabiskan dan diisi ulang terus menerus hanya dalam beberapa menit..

Langsung atau tidak langsung, ATP menyediakan energi untuk ratusan proses, selain bertindak sebagai donor fosfat.

Secara umum, ATP bertindak sebagai molekul pensinyalan dalam proses yang terjadi di dalam sel, perlu untuk mensintesis komponen DNA dan RNA dan untuk sintesis biomolekul lain, ia berpartisipasi dalam lalu lintas melalui membran, antara lain.

Penggunaan ATP dapat dibagi ke dalam kategori utama: transportasi molekul melalui membran biologis, sintesis berbagai senyawa dan akhirnya, kerja mekanik.

Fungsi ATP sangat luas. Selain itu, ia terlibat dalam begitu banyak reaksi sehingga tidak mungkin untuk menyebutkan semuanya. Oleh karena itu, kami akan membahas tiga contoh spesifik untuk memberikan contoh masing-masing dari tiga penggunaan yang disebutkan.

Pasokan energi untuk transportasi natrium dan kalium melalui membran

Sel adalah lingkungan yang sangat dinamis yang membutuhkan pemeliharaan konsentrasi tertentu. Sebagian besar molekul tidak memasuki sel secara acak atau santai. Agar molekul atau zat dapat masuk, ia harus melakukannya oleh transporter spesifiknya.

Transporter adalah protein yang melintasi membran dan berfungsi sebagai "penjaga gerbang" seluler, mengendalikan aliran bahan. Oleh karena itu, membran bersifat semipermeabel: memungkinkan senyawa tertentu untuk masuk dan yang lain tidak.

Salah satu transportasi yang paling dikenal adalah pompa natrium-kalium. Mekanisme ini diklasifikasikan sebagai transpor aktif, karena pergerakan ion terjadi terhadap konsentrasi mereka dan satu-satunya cara untuk mengeksekusi gerakan ini adalah dengan memasukkan energi ke dalam sistem, dalam bentuk ATP.

Diperkirakan sepertiga dari ATP yang terbentuk dalam sel digunakan untuk menjaga pompa tetap aktif. Ion natrium dipompa secara konstan ke bagian luar sel, sedangkan ion kalium melakukannya secara terbalik.

Secara logis, penggunaan ATP tidak terbatas pada transportasi natrium dan kalium. Ada ion lain, seperti kalsium, magnesium, antara lain, yang membutuhkan mata uang energi ini untuk masuk.

Partisipasi dalam sintesis protein

Molekul protein dibentuk oleh asam amino, dihubungkan bersama oleh ikatan peptida. Untuk membentuknya membutuhkan pemutusan empat ikatan energi tinggi. Dengan kata lain, sejumlah besar molekul ATP harus dihidrolisis untuk pembentukan protein dengan panjang rata-rata.

Sintesis protein terjadi dalam struktur yang disebut ribosom. Mereka mampu menafsirkan kode yang dimiliki oleh RNA kurir dan menerjemahkannya ke dalam urutan asam amino, proses yang bergantung pada ATP..

Dalam sel yang paling aktif, sintesis protein dapat mengarahkan hingga 75% ATP yang disintesis dalam pekerjaan penting ini.

Di sisi lain, sel tidak hanya mensintesis protein, tetapi juga membutuhkan lipid, kolesterol, dan zat-zat lain yang sangat diperlukan dan untuk itu diperlukan energi yang terkandung dalam ikatan ATP..

Berikan energi untuk penggerak

Pekerjaan mekanik adalah salah satu fungsi ATP yang paling penting. Sebagai contoh, agar tubuh kita dapat melakukan kontraksi serat otot, ketersediaan energi dalam jumlah besar diperlukan.

Di otot, energi kimia dapat diubah menjadi energi mekanik berkat reorganisasi protein dengan kapasitas kontraksi yang membentuknya. Panjang struktur ini dimodifikasi, dipersingkat, yang menciptakan ketegangan yang menghasilkan generasi gerakan.

Pada organisme lain, pergerakan sel juga terjadi berkat kehadiran ATP. Misalnya, pergerakan silia dan flagela yang memungkinkan perpindahan organisme uniseluler tertentu terjadi melalui penggunaan ATP..

Gerakan khusus lainnya adalah amuba yang melibatkan penusukan pseudopod di ujung sel. Beberapa tipe sel menggunakan mekanisme penggerak ini, termasuk leukosit dan fibroblas.

Dalam kasus sel germinal, penggerak sangat penting untuk perkembangan embrio yang efektif. Sel-sel embrionik bergerak jarak penting dari tempat asalnya ke daerah di mana mereka harus berasal struktur tertentu.

Hidrolisis

Hidrolisis ATP adalah reaksi yang melibatkan pemecahan molekul dengan adanya air. Reaksi diwakili sebagai berikut:

ATP + Air ⇋ ADP + Psaya + energi Di mana, istilah Psaya mengacu pada kelompok fosfat anorganik dan ADP adalah adenosin difosfat. Perhatikan bahwa reaksinya reversibel.

Hidrolisis ATP adalah sebuah fenomena yang melibatkan pelepasan sejumlah besar energi. Pecahnya salah satu hubungan pirofosfat menghasilkan pelepasan 7 kkal per mol - khususnya 7,3 ATP ke ADP dan 8,2 untuk produksi adenosine monophosphate (AMP) dari ATP. Ini sama dengan 12.000 kalori per mol ATP.

Mengapa pelepasan energi ini terjadi??

Karena produk hidrolisis jauh lebih stabil daripada senyawa awal, yaitu ATP.

Perlu disebutkan bahwa hanya hidrolisis yang terjadi pada ikatan pirofosfat untuk memunculkan pembentukan ADP atau AMP yang mengarah pada pembangkitan energi dalam jumlah yang penting..

Hidrolisis ikatan lain dalam molekul tidak memberikan energi sebanyak, kecuali untuk hidrolisis pirofosfat anorganik, yang memiliki sejumlah besar energi.

Pelepasan energi dari reaksi ini digunakan untuk melakukan reaksi metabolik di dalam sel, karena banyak dari proses ini membutuhkan energi untuk berfungsi, baik pada langkah awal jalur degradasi dan dalam biosintesis senyawa..

Sebagai contoh, dalam metabolisme glukosa, langkah-langkah awal melibatkan fosforilasi molekul. Dalam langkah-langkah berikut, ATP baru dihasilkan, untuk memperoleh laba bersih positif.

Dari sudut pandang energi, ada molekul lain yang pelepasan energinya lebih besar dari ATP, termasuk 1,3-bifosfogliserat, karbamil fosfat, kreatinin fosfat, dan fosfoenolpiruvat.

Memperoleh ATP

ATP dapat diperoleh dengan dua rute: fosforilasi oksidatif dan fosforilasi pada tingkat substrat. Yang pertama membutuhkan oksigen sedangkan yang kedua tidak membutuhkannya. Sekitar 95% ATP yang terbentuk terjadi pada mitokondria.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif melibatkan proses oksidasi nutrisi dalam dua fase: memperoleh koenzim tereduksi NADH dan FADH2 turunan vitamin.

Pengurangan molekul-molekul ini membutuhkan penggunaan hidrogen dari nutrisi. Pada lemak, produksi koenzim sangat luar biasa, berkat sejumlah besar hidrogen yang ada dalam struktur mereka, dibandingkan dengan peptida atau dengan karbohidrat..

Meskipun ada beberapa cara untuk memproduksi koenzim, rute yang paling penting adalah siklus Krebs. Selanjutnya, koenzim tereduksi terkonsentrasi di rantai pernapasan yang terletak di mitokondria, yang mentransfer elektron ke oksigen.

Rantai transpor elektron dibentuk oleh serangkaian protein yang digabungkan ke membran, yang memompa proton (H +) ke luar (lihat gambar). Proton ini masuk lagi melintasi membran melalui protein lain, ATP sintase, yang bertanggung jawab untuk sintesis ATP.

Dengan kata lain, kita harus mengurangi koenzim, lebih banyak ADP dan oksigen menghasilkan air dan ATP.

Fosforilasi pada tingkat substrat

Fosforilasi pada tingkat substrat tidak sepenting mekanisme yang dijelaskan di atas dan, karena tidak memerlukan molekul oksigen, biasanya dikaitkan dengan fermentasi. Dengan cara ini, meskipun sangat cepat, mengekstraksi sedikit energi, jika kita membandingkannya dengan proses oksidasi, itu akan menjadi sekitar lima belas kali lebih sedikit.

Dalam tubuh kita, proses fermentasi terjadi pada tingkat otot. Jaringan ini dapat berfungsi tanpa oksigen, jadi ada kemungkinan molekul glukosa terdegradasi menjadi asam laktat (ketika kita melakukan beberapa aktivitas olahraga yang melelahkan, misalnya).

Dalam fermentasi, produk akhir masih memiliki potensi energi yang dapat diekstraksi. Dalam kasus fermentasi dalam otot, karbon dalam asam laktat berada pada tingkat reduksi yang sama dengan yang ada pada molekul awal: glukosa.

Dengan demikian, produksi energi terjadi oleh pembentukan molekul yang memiliki ikatan energi tinggi, termasuk 1,3-biphosphoglirate dan phosphoenolpyruvate.

Dalam glikolisis, misalnya, hidrolisis dari senyawa ini terkait dengan produksi molekul ATP, maka istilah "pada tingkat substrat".

ATP Cycle

ATP tidak pernah disimpan. Ini dalam siklus penggunaan dan sintesis yang berkelanjutan. Dengan cara ini tercipta keseimbangan antara ATP yang terbentuk dan produk terhidrolisisnya, ADP.

Molekul energi lainnya

ATP bukan satu-satunya molekul yang terdiri dari nukleosida bifosfat yang ada dalam metabolisme seluler. Ada serangkaian molekul dengan struktur yang mirip dengan ATP yang memiliki perilaku energi yang sebanding, meskipun mereka tidak sepopuler ATP..

Contoh yang paling menonjol adalah GTP, guanosin triphosphate, yang digunakan dalam siklus Krebs yang dikenal dan dalam jalur glukoneogenik. Lainnya yang kurang digunakan adalah CTP, TTP dan UTP.

Referensi

  1. Guyton, A.C., & Hall, J. E. (2000). Buku teks fisiologi manusia.
  2. Hall, J. E. (2017). Risalah Guyton E Hall tentang Fisiologi Medis. Elsevier Brasil.
  3. Hernandez, A. G. D. (2010). Perjanjian Gizi: Komposisi dan Kualitas Makanan Gizi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lim, M. Y. (2010). Yang penting dalam metabolisme dan nutrisi. Elsevier.
  5. Pratt, C. W., & Kathleen, C. (2012). Biokimia. Editorial Manual Modern.
  6. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2007). Dasar-dasar Biokimia. Editorial Medis Panamericana.