Informacija

Kako se ATP pretvara u adenozin?

Kako se ATP pretvara u adenozin?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Upoznat sam s adenozin difosfatom (ADP) i adenozin trifosfatom (ATP), kako se jedan odnosi prema drugom i kako se svaki od njih stvara u staničnom disanju i fotosintezi, ali sam zbunjen kako nastaje pravilan adenozin.

Čitao sam članak o kofeinu u kojem se kaže:

Kofein je strukturno sličan adenozinu, neuromodulatoru, čije stvaranje ovisi o relativnim brzinama razgradnje i sinteze ATP -a.

Iz toga sam zaključio da se ATP može promijeniti u običan adenozin, a adenozin natrag u ATP, ali ne mogu pronaći ništa drugo na internetu koje bi potvrdilo moj zaključak. I ja sam se pitao kada i zašto vaše bi tijelo promijenilo ADP u adenozin umjesto u ATP. Pretpostavljam da AMP igra ulogu u svemu tome, a možda i ADA.

Imam samo srednjoškolsko obrazovanje iz biologije, pa me molim vas podnesite sa mnom. Ako vam ne smeta, u svoj odgovor uključite izvor kako bih mogao dalje istraživati. Hvala!


Za potpuno razumijevanje upućujem vas na kartu puta KEGG koja je prilično opsežna u prikazu svih metaboličkih procesa koje MOGU proizvesti adenozin. To je pomalo zastrašujuće, ali ako ga pronađete na karti ovdje, interaktivan je i možete vidjeti uključene enzime i putove. Ako detaljno pročitate, doći ćete do mnoštva radova i referenci u primarnoj literaturi za potporu.

Međutim, dominantan proces je sljedeći:

2 ADP <=> ATP + AMP

koju je donijela adenilat kinaza tada:

AMP + H2O <=> Adenozin + fosfat

reagira adenozin 5'-monofosfat fosfohidrolaza (5'-nukleotidaze)


17.4: adenozin trifosfat (ATP)

  • Doprinos Gary Kaiser
  • Profesor (mikrobiologija) na Community College of Baltimore Country (Cantonsville)
  1. Navedite što označavaju slova ADP i ATP i po čemu se dvije molekule razlikuju.
  2. Ukratko opišite kako se energija koja se oslobađa iz spojeva koji sadrže energiju hvata i skladišti kao ATP i kako se energija pohranjena u ATP oslobađa za obavljanje staničnog rada.

Adenozin trifosfat (ATP) povezuje većinu staničnih eksergonskih i endergonskih kemijskih reakcija. Za dobivanje energije za obavljanje staničnog rada, organizmi unose stanice bogate energijom, poput glukoze, i enzimski ih razgrađuju kako bi oslobodili svoju potencijalnu energiju. Stoga organizmu treba način da zarobi dio oslobođene energije i pohrani je u obliku koji stanica može iskoristiti za obavljanje staničnog rada. Uglavnom se energija hvata i skladišti u obliku adenozin trifosfata ili ATP -a.

Ogromna količina ATP -a potrebna je za normalan stanični rast. Na primjer, čovjek u mirovanju troši oko 45 kilograma (oko 99 kilograma) ATP -a svaki dan, ali u svakom trenutku ima višak manji od jednog grama. Procjenjuje se da će svaka stanica generirati i potrošiti približno 10 000 000 molekula ATP -a u sekundi. Kao što se može vidjeti, proizvodnja ATP -a stanični je proces u tijeku.

Za hvatanje energije oslobođene iz egzergonskih kataboličkih kemijskih reakcija, stanica koristi dio te oslobođene energije za vezanje anorganske fosfatne skupine na adenozin difosfat (ADP) za stvaranje adenozin trifosfata (ATP). Budući da su sve fosfatne skupine negativno nabijene, međusobno se odbijaju i naprežu vezu koja ih drži zajedno, slično savijenoj dasci za ronjenje. Dakle, energija je zarobljena i pohranjena u ovim naprezanim vezama poznatim kao visokoenergetske fosfatne veze. Za dobivanje energije za obavljanje staničnog rada tijekom endergonskih anaboličkih kemijskih reakcija, organizam enzimskim putem uklanja treći fosfat iz ATP -a, oslobađajući tako pohranjenu energiju te ponovno stvarajući ADP i anorganski fosfat (vidi sliku ( PageIndex <1> )).

Ovisno o vrsti organizma, stanice prenose energiju i stvaraju ATP fotofosforilacijom, fosforilacijom na razini supstrata i/ili oksidativnom fosforilacijom. (Fosforilacija se odnosi na vezanje fosfatne skupine na molekulu.)


Sažetak

ATP je primarna molekula koja opskrbljuje energiju živih stanica. ATP se sastoji od nukleotida, šećera s pet ugljika i tri fosfatne skupine. Veze koje povezuju fosfate (fosfoanhidridne veze) imaju visoki energetski sadržaj. Energija oslobođena hidrolizom ATP -a u ADP + Pi koristi se za obavljanje staničnih poslova. Stanice koriste ATP za obavljanje posla spajanjem eksergonske reakcije hidrolize ATP -a s endergonskim reakcijama. ATP donira svoju fosfatnu skupinu drugoj molekuli procesom poznatim kao fosforilacija. Fosforilirana molekula je u stanju veće energije i manje je stabilna od svog nefosforiliranog oblika, a ta dodatna energija dodavanjem fosfata omogućuje molekuli da podvrgne svoju endergonsku reakciju.


Adenozin trifosfat (ATP) u perifernim tkivima

Kemijska obitelj purina sastoji se od heterocikličkih aromatskih organskih spojeva, koji se sastoje od pirimidinskog prstena spojenog s imidazolskim prstenom. On obuhvaća biološki aktivne molekule poput adenozin-trifosfata (ATP) i njegov proizvod razgradnje adenozin (Ado). ATP je nadaleko poznat kao prijenosnik energije unutar stanica, ali se također može otpustiti iz stanica u okoliš putem staničnih membranskih kanala (raspori, kanali pannexina) ili specijaliziranim transporterima (slika 1) (1 𠄴). Nakon što se smjesti u međustanični prostor, ATP prenosi signale drugim stanicama angažiranjem P2 receptora. P2 receptori mogu se podijeliti u podtipove P2X i P2Y, koji sadrže različite članove označene brojevima, npr. P2X1 na P2X7 i P2Y1, P2Y2, P2Y11. Dok svi receptori P2X vežu ATP, samo P2Y1, P2Y2i P2Y11 receptori su uključeni ATP -om. Način djelovanja P2X i P2Y receptora također se razlikuje i može se opisati kao ionotropni za P2X receptore ili metabotropni G-protein spojen u slučaju P2Y tipova. P2X7 receptor je dobro proučen primjer i služi kao prototip ATP receptora u mnogim istraživanjima. P2X receptori često tvore multimerne komplekse koji nakon zahvata otvaraju pore za katione poput Na +, Ca 2 + ili K + (5). Taj ionski tok tada će potaknuti daljnje unutarstanične signalne događaje. Najvažniji put koji pokreću P2X receptori uključuje aktivaciju upale NLRP3, što dovodi do aktivacije kaspaze-1, koja pak aktivira interleukin (IL-) 1 β i IL-18, dva važna proupalna citokina. Ali ovo je samo jedan dobro proučen primjer. Konkretno, transmembranski tok Ca 2 + iona može potaknuti više signalnih događaja u stanicama koje uključuju mitogen aktivirane kinaze (MAPK), protein kinazu C (PKC) i kalmodulin. Stoga su opisani mnogi drugi učinci signalizacije izazvane ATP-om u leukocitima. To uključuje aktivaciju T stanica, (6 𠄸), oslobađanje IL-6, TNF (9, 10), prostaglandina (11), CXCL8, CCL2 , CCL3 (12, 13) i metaloproteinazu 9 (14), samo da navedemo neke [opsežan popis u Zimmermannu. (15)]. P2Y1 receptora, koji veže ATP kod glodavaca i P2Y2 receptori djeluju putem Gq spregnutih receptora i fosfolipaze C. Nizvodno se proizvode drugi glasnici inozitol 1,4,5-trifosfat (IP3) koji dalje signalizira putem unutarstanične razine Ca 2 + i diacilglicerola (DAC), koji aktivira PKC. Ova prilično općenita shema aktivacije ilustrira različite skupine učinaka koji se mogu izazvati uključivanjem P2Y receptora. Doista, sudjelovanje P2Y receptora u regulaciji otpuštanja hormona i aktivnosti CNS -a dokumentirano je u mnogim slučajevima. Osim toga, P2Y receptore izražavaju neutrofili, monociti i T stanice, što ukazuje i na ulogu imunološke regulacije.

Slika 1. Putevi ATP/Ado generacije u DC -ima. Unutarstanični Ado može nastati razgradnjom AMP -a za 5 𠌮ktonukleotidaze. Transporteri nukleozida (NT) dovode do istiskivanja Ado. ATP se stanice mogu osloboditi putem kanala pannexina nakon ozljede i tijekom upale, djelujući imunološki stimulirajući angažiranjem P2X receptora (P2XR). Može se razgraditi ektoenzimima CD39 i CD73, što rezultira povećanjem razine Ado u izvanstaničnom okruženju. Ado se može razgraditi djelovanjem enzima adenozin deaminaze (ADA) unutar i izvan stanice.

Zbog snažnog imuno stimulirajućeg djelovanja ATP -a, izvanstanične koncentracije se kontroliraju enzimskom probavom ATP -a. ATP se brzo razgrađuje u tkivima, što otežava ispitivanje njegova kontroliranog oslobađanja u definiranim organima in vivo. Međutim, budući da je koža procjenjiva za manipulaciju i mjerenje ATP -a (16) i sadrži nekoliko fenotipski različitih DC podtipova (17), ona može biti organ izbora za ispitivanje purinski posredovane signalizacije in vivo. Isprva, u neupalnim uvjetima, početna diferencijacija kožnih keratinocita (KC) vodi se pomoću ATP-a. Nakon vezanja ATP-a, unutarstanične razine kalcija postupno rastu (budući da KC izražavaju različite podskupine ATP-specifičnih P2X receptora ovisno o sloju), inducirajući diferencijaciju KC-a (18, 19). Čini se da čak i terminalna diferencijacija i naknadna apoptoza KC -a na spoju stratum granulosum -a i stratum corneuma ovise o ATP -u. Ovdje opsežna kolokalizacija P2X7 receptori s kaspazom-3 ​​su evidentni (20), što upućuje na indukciju stanične smrti ATP-om. To potvrđuje i in vitro podaci, koji pokazuju da je produljeno angažiranje P2X7 receptori dovodi do proširenog otvaranja pora omogućujući čak i makromolekulima do 900 Da da putuju u stanice, što dovodi do indukcije stanične smrti ovisne o kaspazi (21). Osim što služi kao glasnik uključen u diferencijaciju kože, ATP ima i jasne funkcije kao molekula opasnosti. Zbog svoje funkcije kao aktivatora upale NLRP3, ATP je uključen u izazivanje odbacivanja alografta kože. Ovdje je pokazano da stanice domaćina oslobađaju ATP kao odgovor na transplantaciju koja dovodi do proizvodnje IL-18 i Th1 odgovora. Štoviše, koža može “use ” ATP čak upozoriti periferni imunološki sustav, jer su monociti tijekom akutnog odbacivanja transplantata pokazali veću ekspresiju P2X7 receptori (22). Koža je, za razliku od većine drugih organa, izložena UV zračenju. To uzrokuje oštećenje DNK, koje proizvodi poseban skup signala opasnosti. Kao odgovor na UV zračenje, ATP oslobađaju KC-ovi koji aktiviraju i oslobađaju IL-17 dendritičkim epidermalnim γ δ T stanicama (23). Jednom aktivirane, γ δ T stanice mogu same otpustiti ATP, što dovodi do autokrine aktivacijske petlje koju održava P2X4 receptori (24). Funkcionalno, ta kontinuirana proizvodnja IL-17 važna je za ograničavanje štetnih učinaka UV zraka, jer poboljšava gene potrebne za popravak oštećenja DNA, poput slabog induktora apoptoze (TWEAK) povezanog s TNF-om i gena za zaustavljanje rasta GADD45 (23) . Stoga, u slučaju raka uzrokovanog UV zračenjem, terapijsko povećanje izvanstaničnog ATP -a može ponuditi način liječenja.

Također u kronično oboljeloj koži mijenja se distribucija ATP -a i njegovih receptora. Na primjer, u psorijatičnih plakova P2X7 Utvrđeno je da su receptori pojačano regulirani u sloju bazalnih stanica, što ukazuje na to da je aktivacija KC -a olakšana ATP -om (25). ATP je doista povišen u patološkim uvjetima, jer se može osloboditi IFN γ aktiviranim i/ili umirućim leukocitima i KC (26, 27). Štoviše, rani rezultati pokazali su neispravnu hidrolizu ATP -a u psorijatičnoj epidermi, što je dovelo do nakupljanja izvanstaničnog ATP -a u oboljeloj koži, što podupire mišljenje da je ATP duboko uključen u razvoj psorijaze (28). Ove prve studije nedavno su potvrdili Killeen i sur. (29), koji pokazuju u dermisu psorijatičnih lezija u modelu eksplantacije kože povišenu ekspresiju P2X7 receptora u usporedbi sa zdravom kožom. Ovo je povećalo P2X7 signalizacija također dovodi do fenotipa kožnih DC-a koji su pretežno inducirali Th17 stanice, koje su glavni pokretači psorijaze. Konačno, povišene koncentracije ATP-a u koži također mogu aktivirati neutrofile, koji zajedno s IL-23 tvore lokalni upalni krug koji održava psorijaziformni dermatitis kod miševa (30). Stoga se čini da su povećane razine ATP -a zajedno s pojačanom ekspresijom receptora ATP -a uključene u održavanje upalnog okruženja u psorijatičnoj koži.

S druge strane, opisani su i proturegulacijski mehanizmi izravno povezani s produktom razgradnje ATP -a, tj. Ado -a. Na primjer, kronično stimulirani epidermalni KC-i imaju promijenjeni obrazac ekspresije različitih vrsta Ado receptora (AdoR), s prilično pro-proliferativnim djelovanjem A2Receptor pojačano regulira i smanjuje ekspresiju inhibitora A2B receptor (31). Ova i druga zapažanja dovela su do istraživanja koja koriste lokalnu primjenu AdoR agonista za liječenje psorijaze. Doista, angažman AdoR A3 dovodi do smanjene proizvodnje IL-17 i IL-23 u KC-ima psorijatičnih pacijenata, izazivajući poboljšanje bolesti (32, 33). Stoga se nekoliko lijekova koji djeluju kao agonisti za različite vrste AdoR-a trenutno koristi u kliničkim ispitivanjima kožnih i drugih upalnih bolesti (34, 35). Ali ne samo kod upalnih bolesti, ATP igra ulogu, on je također važan za izazivanje akutne upale na koži. Weber i sur. pokazali su da kožni DC -i bez funkcioniranja P2X7 receptori ne mogu osjetiti odgovore T -stanica, što ukazuje na ulogu usmjerenog oslobađanja ATP -a kao posrednika urođenih imunoloških reakcija (16). Istodobno je postalo jasno da hapteni djeluju samo kao okidač za reakcije preosjetljivosti kada induciraju oslobađanje ATP -a. Stoga su napravljeni čak i eksperimentalni pokušaji predviđanja ȁKalergijskog potencijala ” kemikalija prema njihovoj sposobnosti da izazovu oslobađanje ATP -a u kulturama KC (36).

ATP kao supstrat za proizvodnju adenozina

Glavni proizvod razgradnje ATP -a je Ado, koji se može stvarati unutarstanično, ali i izvanstanično. Ado potječe od defosforilacije ATP-a, koju kataliziraju različiti enzimi: ektonukleozid trifosfat difosfohidrolaza 1 (CD39) i ekto-5 '-nukleotidaza (CD73) (37, 38). Oba enzima djeluju uzastopno u razgradnji izvanstaničnog ATP -a na adenozin. U prvom koraku CD39 pretvara ATP u adenozin-di-fosfat i adenozin-mono-fosfat. U drugom koraku, djelovanje CD73 odreže posljednju preostalu fosfatnu skupinu, stvarajući Ado (39). Ado se može osloboditi nukleozidnim transporterima iz citoplazme stanica (4), međutim smatra se da izvanstanična razgradnja ATP -a pomoću CD39 i CD73 pruža glavni put za regulaciju izvanstaničnih koncentracija Ado. Njegovu razgradnju postiže adenozin deaminaza (ADA), koja postoji u intra- i izvanstaničnim oblicima (40, 41). Izvanstanični ADA može se vezati za CD26 (42). Tako se, slično ATP -u i ADP -u, Ado može razgraditi u inozin pomoću enzima vezanih za staničnu membranu. Ukratko, regulirano uništavanje izvanstaničnog ATP-a u Ado pomoću enzimske probave nudi stanicama mogućnost da oblikuju tkivno okruženje od proupalnog (visoke koncentracije slobodnog ATP-a) do prilično imunosupresivnog (povišene razine Ado) ambijenta (43). Budući da DC -ovi izražavaju CD39 i/ili CD73, kao i AdoR, oni aktivno sudjeluju u imunološkim odgovorima na koje utječe Ado (slika 1).

Regulacija izvanstanične koncentracije Ado i ATP

U svjetlu suprotnih funkcija dviju međusobno transformabilnih signalnih molekula ATP (aktiviranje) i Ado (suzbijanje) na imunološke reakcije, njihova je vremenska/prostorna raspodjela u tkivima ili duž plazma membrana stanica važna. Stanice će vjerojatno integrirati aktivirajuće (ATP) i supresivne (Ado) signalne putove koji donose “konačan ” ishod. Stoga je poluživota i brzina difuzije kroz tkiva kritični čimbenik koji određuje učinke ATP/Ado signalizacije. Pravi podaci o distribuciji izvanstaničnog ATP -a ili Adoa iz tkiva##x0201Cin i#x0201D teško su dostupni. Međutim, može se mjeriti sadržaj tjelesnih tekućina ili organskih kultura. Na primjer, u psećoj i ljudskoj plazmi Ado je stabilan samo nekoliko sekundi (44), što ga čini molekulom “short range ”. Ova brza degradacija može biti korisna za sprječavanje opće imunološke supresije, a dodatno sprječava Ado da dospije u središnji živčani sustav, gdje djeluje kao neurotransmiter (45), pa povišene razine mogu poremetiti živčane funkcije. Štoviše, kratki poluživot čini Ado definiranijim alatom za staničnu komunikaciju. Budući da samo stanice koje sadrže CD73 na svojim površinama mogu proizvesti dovoljne količine Ado koji tada djeluje lokalno angažirajući AdoR susjednih stanica. Ovaj mehanizam može biti osobito važan za indukciju tolerancije, jer je proizvodnja Ado putem CD73 koja izražava DC -ove potrebna tijekom intimnog procesa punjenja DC: T stanica kako bi se T stanice učinile tolerantnima (vlastiti neobjavljeni rezultati). Konačno, za regulaciju koncentracija Adoa u odnosu na ATP nije važno samo vrijeme poluraspada, već i regulacija ekspresije Ado koji proizvodi ektoenzim CD73 pruža način za fino podešavanje izvanstaničnog sadržaja Ado. Tijekom ishemijskog pretkondicioniranja ekspresija CD73 inducirana je unutar 30 minuta (46), uvelike povećavajući izvanstaničnu koncentraciju Ado u tkivima i time prevladavajući razgradnju ADA.

Za ATP su dostupni biosenzori (47) što je izvodljivije za praćenje izvanstaničnog sadržaja ATP -a u postavkama stanične kulture. Prijavljeni poluživot ATP -a varira od 2 � min ovisno o organu i korištenim metodama (48 �). Treba napomenuti da su djelovanja ATP -a u imunološkom sustavu prilično brza, jer neutrofili pokazuju nalet oslobađanja ATP -a samo 5 s nakon što su stimulirani fMLP -om (52). Međutim, ti se podaci još jednom dobivaju u in vitro sustavi kulture, koji se razlikuju od in situ situacija, ali nakon svih ovih podataka ostavlja se dojam o brzini i rasponu ATP ili Ado signalizacije. On pruža dokaze da Ado ne može djelovati na##x0201Ccitokin-like ” s distribucijom kroz krvotok i djelovanjem u tkivima daleko od svog podrijetla.


20 ATP: adenozin trifosfat

Do kraja ovog odjeljka moći ćete učiniti sljedeće:

  • Objasnite ulogu ATP -a kao valute stanične energije
  • Opišite kako se energija oslobađa putem hidrolize ATP -a

Čak i eksergonske reakcije koje oslobađaju energiju zahtijevaju malu količinu aktivacijske energije kako bi nastavile. Međutim, razmislite o endergonskim reakcijama koje zahtijevaju mnogo više energije jer njihovi proizvodi imaju više slobodne energije od reaktanata. Odakle dolazi energija za pokretanje takvih reakcija unutar stanice? Odgovor leži u molekuli za opskrbu energijom koju znanstvenici nazivaju adenozin trifosfat ili ATP. Ovo je mala, relativno jednostavna molekula ((slika)), ali unutar nekih svojih veza sadrži potencijal za brzi nalet energije koja se može iskoristiti za obavljanje staničnog rada. Zamislite ovu molekulu kao primarnu valutu stanica i#8217 na sličan način na koji je novac valuta koju ljudi mijenjaju za stvari koje su im potrebne. ATP pokreće većinu staničnih reakcija koje zahtijevaju energiju.

Kao što mu ime govori, adenozin trifosfat se sastoji od adenozina vezanog za tri fosfatne skupine ((slika)). Adenozin je nukleozid koji se sastoji od dušikove baze adenina i šećera s pet ugljika, riboze. Tri fosfatne skupine, po redu najbliže najudaljenije od šećera riboze, su alfa, beta i gama. Zajedno, ove kemijske skupine čine energetski pogon. Međutim, ne postoje sve veze unutar ove molekule u posebno visokoenergetskom stanju. Obje veze koje povezuju fosfate jednako su visokoenergetske veze (fosfoanhidridne veze) koje, kad se prekinu, oslobađaju dovoljno energije za pokretanje različitih staničnih reakcija i procesa. Ove visokoenergetske veze su veze između druge i treće (ili beta i gama) fosfatne skupine te između prve i druge fosfatne skupine. Te su veze "visokoenergetske" jer su proizvodi takvog razbijanja veze-adenozin difosfat (ADP) i jedna anorganska fosfatna skupina (Pi) - imaju znatno nižu slobodnu energiju od reaktanata: ATP -a i molekule vode. Budući da se ova reakcija odvija pomoću molekule vode, to je reakcija hidrolize. Drugim riječima, ATP se hidrolizira u ADP u sljedećoj reakciji:

Kao i većina kemijskih reakcija, hidroliza ATP do ADP je reverzibilna. Obrnuta reakcija regenerira ATP iz ADP + Pi. Stanice se oslanjaju na regeneraciju ATP -a isto kao što se ljudi oslanjaju na regeneraciju potrošenog novca kroz neku vrstu prihoda. Budući da hidroliza ATP oslobađa energiju, regeneracija ATP -a mora zahtijevati unos slobodne energije. Ova jednadžba izražava stvaranje ATP -a:

Ostaju dva istaknuta pitanja u vezi s korištenjem ATP -a kao izvora energije. Koliko točno slobodne energije oslobađa hidrolizom ATP -a i kako ta slobodna energija radi na stanici? Izračunati ∆G za hidrolizu jednog mola ATP u ADP i Pi iznosi -7,3 kcal/mol (-30,5 kJ/mol). Budući da je ovaj izračun istinit u standardnim uvjetima, moglo bi se očekivati ​​da u staničnim uvjetima postoji drugačija vrijednost. Zapravo, ∆G za jednu hidrolizu jednog mola ATP -a u živoj stanici gotovo je dvostruko veća od vrijednosti u standardnim uvjetima: –14 kcal/mol (-57 kJ/mol).

ATP je vrlo nestabilna molekula. Osim ako se brzo koristi za obavljanje posla, ATP se spontano disocira na ADP + Pi, a slobodna energija oslobođena tijekom ovog procesa gubi se kao toplina. Drugo pitanje koje smo gore postavili govori o tome kako oslobađanje energije hidrolize ATP -a obavlja posao unutar stanice. To ovisi o strategiji koju znanstvenici nazivaju energetska sprega. Stanice spajaju hidrolizu ATP -a i#8217 eksergonsku reakciju dopuštajući im da nastave. Jedan primjer spajanja energije pomoću ATP -a uključuje transmembransku ionsku pumpu koja je izuzetno važna za staničnu funkciju. Ova natrij-kalijeva pumpa (Na + /K + pumpa) tjera natrij iz stanice i kalij u ćeliju ((slika)). Veliki postotak staničnog ATP -a pokreće ovu pumpu, jer stanični procesi unose značajan natrij u stanicu i kalij iz nje. Crpka neprestano radi na stabilizaciji stanične koncentracije natrija i kalija. Da bi pumpa mogla okrenuti jedan ciklus (izvoz tri iona Na + i uvoz dva iona K +), jedna molekula ATP mora se hidrolizirati. Kada se ATP hidrolizira, njegov gama fosfat ne samo da odlazi, već se zapravo prenosi na protein pumpe. Znanstvenici taj proces vezivanja fosfatne skupine za molekulu nazivaju fosforilacijom. Kao i u većini slučajeva hidrolize ATP -a, fosfat iz ATP -a prelazi u drugu molekulu. U fosforiliranom stanju, pumpa Na + /K + ima više slobodne energije i pokreće se podvrgavajući se konformacijskim promjenama. Ova promjena omogućuje joj oslobađanje Na + u ćeliju van#8217s. Zatim veže izvanstanični K +, koji, kroz drugu konformacijsku promjenu, uzrokuje odvajanje fosfata od pumpe. Ovo oslobađanje fosfata pokreće oslobađanje K + u ćeliju unutar#8217s. U biti, energija oslobođena iz hidrolize ATP -a povezuje se s energijom potrebnom za napajanje pumpe i transport iona Na + i K +. ATP obavlja stanični rad koristeći ovaj osnovni oblik povezivanja energije putem fosforilacije.

Jedna hidroliza molekule ATP oslobađa 7,3 kcal/mol energije (∆G = −7,3 kcal/mol energije). Ako je potrebno 2,1 kcal/mol energije za pomicanje jednog Na + preko membrane (∆G = +2,1 kcal/mol energije), koliko bi se natrijevih iona mogla premjestiti jedna molekula ATP -a hidrolizom?

Često se tijekom staničnih metaboličkih reakcija, poput sinteze i razgradnje hranjivih tvari, određene molekule moraju neznatno promijeniti u svojoj konformaciji kako bi postale supstrati za sljedeći korak u nizu reakcija. Jedan je primjer tijekom prvih koraka staničnog disanja, kada se molekula šećera glukoze razbije u procesu glikolize. U prvom koraku, ATP je potreban za fosforilzaciju glukoze, stvarajući visokoenergetski, ali nestabilan međuprodukt. Ova reakcija fosforilacije pokreće konformacijsku promjenu koja omogućuje fosforiliranoj molekuli glukoze da se pretvori u fosforiliranu šećernu fruktozu. Fruktoza je neophodan međuprodukt za napredovanje glikolize. Ovdje se ATP hidroliza ’ eksergonska reakcija spaja s endergonskom reakcijom pretvaranja glukoze u fosforilirani međuprodukt na putu. Još jednom, energija oslobođena razbijanjem fosfatne veze unutar ATP -a korištena je za fosforilizaciju druge molekule, stvarajući nestabilan međuprodukt i pokrećući važnu konformacijsku promjenu.

Na ovom mjestu pogledajte interaktivnu animaciju procesa glikolize koja proizvodi ATP.

Sažetak odjeljka

ATP je primarna molekula koja opskrbljuje energiju živih stanica. ATP se sastoji od nukleotida, šećera s pet ugljika i tri fosfatne skupine. Veze koje povezuju fosfate (fosfoanhidridne veze) imaju visoki energetski sadržaj. Energija oslobođena iz hidrolize ATP u ADP + Pi obavlja ćelijske poslove. Stanice koriste ATP za obavljanje posla spajanjem hidrolize ATP -a i#8217 eksergonske reakcije s endergonskim reakcijama. ATP donira svoju fosfatnu skupinu drugoj molekuli putem fosforilacije. Fosforilirana molekula je u stanju veće energije i manje je stabilna od svog nefosforiliranog oblika, a ta dodana energija iz fosfata omogućuje molekuli da podvrgne svoju endergonsku reakciju.

Umjetničke veze

(Slika) Hidrolizom jedne molekule ATP oslobađa se 7,3 kcal/mol energije (∆G = −7,3 kcal/mol energije). Ako je potrebno 2,1 kcal/mol energije za pomicanje jednog Na + preko membrane (∆G = +2,1 kcal/mol energije), koliko bi se natrijevih iona moglo premjestiti hidrolizom jedne molekule ATP -a?

(Slika) Tri natrijeva iona mogla bi se pomicati hidrolizom jedne molekule ATP. ∆G spojene reakcije mora biti negativan. Za kretanje tri natrijeva iona po membrani potrebno je 6,3 kcal energije (2,1 kcal × 3 Na + iona = 6,3 kcal). Hidroliza ATP -a daje 7,3 kcal energije, više nego dovoljno za pokretanje ove reakcije. Za kretanje četiri natrijeva iona po membrani potrebno je 8,4 kcal energije, što može pružiti više od jedne molekule ATP -a.

Pitanja za pregled

Energija oslobođena hidrolizom ATP -a je ____

  1. primarno pohranjeni između alfa i beta fosfata
  2. jednako −57 kcal/mol
  3. stanica koristi kao toplinsku energiju za obavljanje posla
  4. dajući energiju povezanim reakcijama

Koja od sljedećih molekula ima najveću potencijalnu energiju?

Besplatan odgovor

Mislite li da je EA za hidrolizu ATP -a relativno niska ili visoka? Objasnite svoje obrazloženje.

Energija aktivacije za hidrolizu je vrlo niska. Ne samo da je hidroliza ATP eksergonski proces s velikim ∆∆G, već je i ATP vrlo nestabilna molekula koja se brzo razgrađuje u ADP + Pi ako se ne iskoristi brzo. To sugerira vrlo nizak EA budući da se tako brzo hidrolizira.

Glosar


Pripadnosti

Medicinski fakultet, Zdravstveni fakultet Sveučilišta Deakin, Geelong, Victoria, Australija

Odjeli interne medicine, prehrane i integrativne fiziologije, te Centar za starenje, Zdravstveni sustav Sveučilišta Utah, Salt Lake City, UT, SAD

Nephrology Research, VA Salt Lake City Health Care System, Salt Lake City, UT, USA

Odjel za gastroenterologiju/hepatologiju, Odjel za medicinu i Centar za istraživanje upala, Odjel za anesteziju, kritičnu njegu i medicinu bolova, Medicinski centar Beth Israel Deaconess, Medicinski fakultet Harvard, Boston, MA, SAD


Temeljni pojmovi spavanja, znanost, uskraćivanje i mehanizmi

Formiranje i metabolizam adenozina

Adenozin služi kao gradivni materijal za adenozin trifosfat (ATP). Kada se ATP metabolizira radi proizvodnje energije zbog povećane potrebe za energijom, povećava se razina adenozina. Intracelularno, adenozin nastaje iz adenozin monofosfata (AMP) citosolnom 5′-nukleotidazom. Nukleozid se metabolizira u AMP adenozin kinazom, u inozin adenozin deaminazom (ADA) ili u S-adenozil homocistein (SAH) pomoću S-adenozil homocistein hidrolaza (SAHH). Izvanstanično se adenozin proizvodi hidrolizom oslobođenih adeninskih nukleotida, osobito ATP-a, posredovanom ekto-nukleotidazama. Ovi enzimi defosforiliraju adenin nukleotide u AMP, koji se u završnom enzimskom koraku hidrolizira ekto-5′-nukleotidazom u adenozin. Nedavni uvidi pokazali su da astrociti značajno doprinose adenozinski posredovanoj modulaciji živčanog prijenosa. Adenozin se transportira kroz plazmu i unutarstanične membrane specijaliziranim transporterima nukleozida.


4.4 ATP: adenozin trifosfat

Gotovo sve kemijske reakcije u ljudskim stanicama zahtijevaju energiju. Odakle dolazi energija za pokretanje takvih reakcija unutar stanice? Odgovor leži u molekuli za opskrbu energijom koju znanstvenici zovu adenozin trifosfat , ili ATP . Ovo je mala, relativno jednostavna molekula ( Slika 1 ), ali unutar nekih svojih veza, sadrži potencijal za brzi nalet energije koji se može iskoristiti za obavljanje staničnog rada. Zamislite ovu molekulu kao primarnu valutu stanica i#8217 na sličan način na koji je novac valuta koju ljudi mijenjaju za stvari koje su im potrebne. ATP pokreće većinu staničnih reakcija koje zahtijevaju energiju.

Slika 1. ATP je primarna valuta energije ćelije. Ima adenozinsku okosnicu s tri vezane fosfatne skupine.

Kao što mu ime govori, adenozin trifosfat se sastoji od adenozina vezanog za tri fosfatne skupine (Slika 1). Adenozin je nukleozid koji se sastoji od dušikove baze adenina i šećera s pet ugljika, riboze. Tri fosfatne skupine, po redu najbliže najudaljenije od šećera riboze, su alfa, beta i gama. Zajedno, ove kemijske skupine čine energetski pogon. Međutim, ne postoje sve veze unutar ove molekule u posebno visokoenergetskom stanju. Obje veze koje povezuju fosfate jednako su visokoenergetske veze (fosfoanhidridne veze) koji, kad se razbije, oslobađa dovoljno energije za pokretanje različitih staničnih reakcija i procesa. Ove visokoenergetske veze su veze između druge i treće (ili beta i gama) fosfatne skupine te između prve i druge fosfatne skupine. Te su veze "visokoenergetske" jer su proizvodi takvog razbijanja veze-adenozin difosfat (ADP) i jedna anorganska fosfatna skupina (Pi) - imaju znatno nižu slobodnu energiju od reaktanata: ATP -a i molekule vode. Budući da se ova reakcija odvija pomoću molekule vode, to je reakcija hidrolize. Drugim riječima, ATP se hidrolizira u ADP u sljedećoj reakciji:

ATP + H2O → ADP + Pi + slobodna energija

Kao i većina kemijskih reakcija, hidroliza ATP do ADP je reverzibilna. Obrnuta reakcija regenerira ATP iz ADP + Pi. Stanice se oslanjaju na regeneraciju ATP -a isto kao što se ljudi oslanjaju na regeneraciju potrošenog novca kroz neku vrstu prihoda. Budući da hidroliza ATP oslobađa energiju, regeneracija ATP -a mora zahtijevati unos slobodne energije. Ova jednadžba izražava stvaranje ATP -a:

ADP + Pi + besplatna energija → ATP + H2O.

ATP je vrlo nestabilna molekula. Osim ako se brzo koristi za obavljanje posla, ATP se spontano disocira na ADP + P i , a slobodna energija oslobođena tijekom ovog procesa gubi se kao toplina. Stanice mogu iskoristiti energiju oslobođenu tijekom hidrolize ATP -a pomoću energetske sprege, gdje je proces hidrolize ATP -a povezan s drugim procesima u stanici. Jedan primjer spajanja energije pomoću ATP -a uključuje transmembransku ionsku pumpu koja je izuzetno važna za staničnu funkciju. Ova natrij-kalijeva pumpa (Na + /K + pumpa) tjera natrij iz stanice i kalij u ćeliju ( Slika 2 ). Veliki postotak staničnog ATP -a pokreće ovu pumpu, jer stanični procesi unose značajan natrij u stanicu i kalij iz nje. Crpka neprestano radi na stabilizaciji stanične koncentracije natrija i kalija. Da bi pumpa mogla okrenuti jedan ciklus (izvoz tri iona Na + i uvoz dva iona K +), jedna molekula ATP mora se hidrolizirati. Kada se ATP hidrolizira, njegov gama fosfat ne samo da odlazi, već se zapravo prenosi na protein pumpe. Znanstvenici taj proces vezivanja fosfatne skupine za molekulu nazivaju fosforilacijom. Kao i u većini slučajeva hidrolize ATP -a, fosfat iz ATP -a prelazi u drugu molekulu. U fosforiliranom stanju, crpka Na + /K + ima više slobodne energije i pokreće se podvrgavajući se konformacijskoj promjeni (promjeni oblika proteina.) Ova promjena omogućuje joj oslobađanje Na + u stanicu van#8217s. Zatim veže izvanstanični K +, koji, kroz drugu konformacijsku promjenu, uzrokuje odvajanje fosfata od pumpe. Ovo oslobađanje fosfata pokreće oslobađanje K + u ćeliju unutar#8217s. U biti, energija oslobođena iz hidrolize ATP -a povezuje se s energijom potrebnom za napajanje pumpe i transport iona Na + i K +. ATP obavlja stanični rad koristeći ovaj osnovni oblik povezivanja energije putem fosforilacije.

VIZUELNA VEZA Slika 2. Natrijevo-kalijeva pumpa primjer je energetskog povezivanja. Energija dobivena eksergonskom hidrolizom ATP -a pumpa ione natrija i kalija kroz staničnu membranu.

Često se tijekom staničnih metaboličkih reakcija, poput sinteze i razgradnje hranjivih tvari, određene molekule moraju neznatno promijeniti u svojoj konformaciji kako bi postale supstrati za sljedeći korak u nizu reakcija. Jedan je primjer tijekom prvih koraka staničnog disanja, kada se molekula šećera glukoze razbije u procesu glikolize. U prvom koraku, ATP je potreban za fosforilzaciju glukoze, stvarajući visokoenergetski, ali nestabilan međuprodukt. Ova reakcija fosforilacije pokreće konformacijsku promjenu koja omogućuje fosforiliranoj molekuli glukoze da se pretvori u fosforiliranu šećernu fruktozu. Fruktoza je neophodan međuprodukt za napredovanje glikolize. Ovdje se ATP hidroliza ’ eksergonska reakcija spaja s endergonskom reakcijom pretvaranja glukoze u fosforilirani međuprodukt na putu. Još jednom, energija oslobođena razbijanjem fosfatne veze unutar ATP -a korištena je za fosforilizaciju druge molekule, stvarajući nestabilan međuprodukt i pokrećući važnu konformacijsku promjenu.


Fosforilacija

Kada se ATP razgradi uklanjanjem njegove terminalne fosfatne skupine, energija se oslobađa i stanica se može koristiti za rad. Često se oslobođeni fosfat izravno prenosi u drugu molekulu, poput proteina, aktivirajući je. Na primjer, ATP isporučuje energiju za pomicanje kontraktilnih mišićnih proteina tijekom mehaničkog rada mišićne kontrakcije. Prisjetimo se aktivnog transporta natrij-kalijeve pumpe u staničnim membranama. Fosforilacija pomoću ATP -a mijenja strukturu integralnog proteina koji funkcionira kao pumpa, mijenjajući njegov afinitet za natrij i kalij. Na taj način stanica obavlja rad, koristeći energiju iz ATP -a za pumpanje iona protiv njihovih elektrokemijskih gradijenata.

Ponekad fosforilacija enzima dovodi do njegove inhibicije. Na primjer, kompleks piruvat dehidrogenaze (PDH) mogao bi se fosforilirati piruvat dehidrogenaza kinazom (PDHK). Ova reakcija dovodi do inhibicije PDH i njegove nemogućnosti pretvaranja piruvata u acetil-CoA.

Slika ( PageIndex <1> ): Fosforilacija proteina: U reakcijama fosforilacije, gama fosfat ATP -a vezan je za protein.


Povećani protok ATP -a domaćina i njegova pretvorba u izvanstanični adenozin ključni su za uspostavljanje Leishmania infekcija

Unutarstanično preživljavanje Leishmania donovani zahtijeva brzu proizvodnju domaćina ATP -a za svoju prehranu. Međutim, postupno smanjenje unutarstaničnog ATP -a unatoč povećanoj glikolizi sugerira istjecanje ATP -a tijekom infekcije. U skladu s tim, nakon infekcije, ovdje pokazujemo da se ATP izvozi, a glavni izvoznik je bio pannexin-1, što je dovelo do povišenih razina izvanstanične ATP. Izvanstanični ATP pokazuje postupno smanjenje nakon početnog povećanja, a analiza enzima koji razgrađuju ATP na staničnoj površini otkrila je indukciju ektonukleotidaza CD39 i CD73. Razgradnja ATP posredovana ektonukleotidazom dovodi do povećanja izvanstaničnog adenozina (eADO), a inhibicija CD39 i CD73 u zaraženim stanicama smanjila je koncentraciju adenozina i preživljavanje parazita, dokumentirajući važnost adenozina u infekciji. Inhibiranje unosa adenozina stanicama nije utjecalo na preživljavanje parazita, što ukazuje na to da eADO svoj učinak ostvaruje putem receptorski posredovane signalizacije. To i pokazujemo Leishmania inducira ekspresiju adenozinskih receptora A2AR i A2BR, oba su važna za protuupalne odgovore. Liječenje zaraženih BALB/c miševa inhibitorima CD39 i CD73 rezultiralo je smanjenjem opterećenja parazitima i povećanom proizvodnjom citokina povoljnom za domaćina. Zajedno, ova zapažanja pokazuju da se ATP izazvan infekcijom izvozi, a nakon pretvorbe u adenozin, širi infekciju putem receptorski posredovane signalizacije.

Ključne riječi: ATP adenozinski receptor ektonukleotidaza Leishmania donovani makrofag.

© 2020. Izdaje Company of Biologists Ltd.

Izjava o sukobu interesa

Konkurentni interesi Autori ne izjavljuju konkurentske ili financijske interese.


Gledaj video: ATP: Adenosine triphosphate. Energy and enzymes. Biology. Khan Academy (Kolovoz 2022).