Molecula de trifosfat de adenozină (ATP) este nucleotida cunoscută în biochimie ca „monedă moleculară” a transferului de energie intracelular; adică ATP este capabil să stocheze și să transporte energie chimică în interiorul celulelor. ATP joacă, de asemenea, un rol important în sinteza acizilor nucleici.

Pentru structura 3D a acestei imagini utilizând JsmolClick aici

Imagine: Structura moleculară a ATP

Energia este eliberată prin hidroliza celui de-al treilea grup fosfat. După eliberarea acestei a treia grupe fosfat, ADP rezultat (adenozin difosfat) poate absorbi energia și recâștiga grupul, regenerând astfel o moleculă de ATP; acest lucru permite ATP-ului să stocheze energie ca o baterie reîncărcabilă.

Pozițiile fosforil

Grupurile fosforil începând cu cea de pe AMP sunt denumite fosfați alfa, beta și gamma.

Proprietăți fizice și chimice

ATP constă din adenozină – compusă dintr-un inel de adenină și un zahăr riboză – și trei grupări fosfat (trifosfat). Grupurile fosforilice, începând cu grupul cel mai apropiat de riboză, sunt denumite fosfați alfa (α), beta (β) și gamma (γ). În consecință, este strâns legat de nucleotida adeninei, un monomer de ARN. ATP este foarte solubil în apă și este destul de stabil în soluții între pH 6,8 și 7,4, dar este hidrolizat rapid la pH extrem. În consecință, ATP este cel mai bine stocat sub formă de sare anhidră.

ATP este o moleculă instabilă în apă fără tampon, în care se hidrolizează în ADP și fosfat. Acest lucru se datorează faptului că puterea legăturilor dintre grupările fosfat din ATP este mai mică decât puterea legăturilor de hidrogen (legături de hidratare), dintre produsele sale (ADP și fosfat) și apă. Astfel, dacă ATP și ADP se află în echilibru chimic în apă, aproape tot ATP-ul va fi în cele din urmă convertit în ADP. Un sistem care este departe de echilibru conține energie liberă Gibbs și este capabil să facă muncă. Celulele vii mențin raportul dintre ATP și ADP la un punct de zece ordine de mărime din echilibru, cu concentrații de ATP de cinci ori mai mari decât concentrația de ADP. Această deplasare din echilibru înseamnă că hidroliza ATP din celulă eliberează o cantitate mare de energie liberă.

Două legături fosfohidrură (cele care conectează fosfații adiacenți) într-o moleculă ATP sunt responsabile pentru conținutul ridicat de energie al această moleculă. În contextul reacțiilor biochimice, aceste legături anhidridă sunt adesea – și uneori controversate – denumite legături cu energie ridicată (în ciuda faptului că este nevoie de energie pentru a rupe legăturile). Energia stocată în ATP poate fi eliberată la hidroliza legăturilor anhidridă. Grupul fosfat primar de pe molecula ATP care este hidrolizat atunci când este nevoie de energie pentru a conduce reacțiile anabolice este gruparea γ-fosfat. Situat cel mai îndepărtat de zahărul din riboză, are o energie de hidroliză mai mare decât fosfatul α sau β. Legăturile formate după hidroliză – sau fosforilarea unui reziduu de către ATP – au o energie mai mică decât legăturile de fosfohidrură ale ATP. În timpul hidrolizei catalizate de enzime a ATP sau a fosforilării de către ATP, energia liberă disponibilă poate fi valorificată de un sistem viu pentru a lucra.

Orice sistem instabil de molecule potențial reactive ar putea servi ca o modalitate de stocare gratuită energie, dacă celula și-a menținut concentrația departe de punctul de echilibru al reacției. Cu toate acestea, așa cum este cazul majorității biomoleculelor polimerice, descompunerea ARN, ADN și ATP în monomeri mai simpli este determinată atât de considerente de eliberare a energiei, cât și de creștere a entropiei, atât în concentrațiile standard, cât și în acele concentrații întâlnite în celulă.

Cantitatea standard de energie eliberată din hidroliza ATP poate fi calculată din modificările de energie în condiții non-naturale (standard), apoi corectate la concentrații biologice. Schimbarea netă a energiei termice (entalpia) la temperatura standard și presiunea descompunerii ATP în ADP hidratat și fosfat anorganic hidratat este de -30,5 kJ / mol, cu o modificare a energiei libere de 3,4 kJ / mol. Energia eliberată prin scindarea unei unități de fosfat (Pi) sau pirofosfat (PPi) de la ATP la starea standard de 1 M sunt:

ATP + H
2O → ADP + Pi ΔG ° = -30,5 kJ / mol (−7,3 kcal / mol)
ATP + H
2O → AMP + PPi ΔG ° = −45,6 kJ / mol (−10,9 kcal / mol)

Aceste valori pot fi folosit pentru a calcula modificarea energiei în condiții fiziologice și a raportului celular ATP / ADP. Cu toate acestea, se utilizează din ce în ce mai mult o valoare mai reprezentativă (care ia în considerare AMP) numită taxa energetică. Valorile date pentru energia liberă Gibbs pentru această reacție sunt dependente de o serie de factori, inclusiv puterea ionică globală și prezența ionilor alcalino-pământoși precum Mg2 +
și Ca2 +
.În condiții celulare tipice, ΔG este de aproximativ −57 kJ / mol (−14 kcal / mol).

Sinteza

ATP poate fi produs prin diferite procese celulare, cel mai de obicei în mitocondrii prin fosforilarea oxidativă sub influența catalitică a ATP sintazei sau în cazul plantelor din cloroplaste prin fotosinteză.

Principalii combustibili pentru sinteza ATP sunt glucoza și acizii grași. Inițial glucoza este descompusă în piruvat în citosol. Două molecule de ATP sunt generate pentru fiecare moleculă de glucoză. Etapele terminale ale sintezei ATP sunt efectuate în mitocondriune și pot genera până la 34 ATP.

ATP în corpul uman

Cantitatea totală de ATP în corpul uman este de aproximativ 0,1 moli. Energia folosită zilnic de un adult necesită hidroliza a 200 până la 300 de moli de ATP. Aceasta înseamnă că fiecare moleculă de ATP trebuie reciclată de 2000 până la 3000 de ori în timpul zilei. ATP-ul nu poate fi stocat și, prin urmare, sinteza acestuia trebuie să-și urmeze îndeaproape consumul.

Alți trifosfați

Celulele vii au și alți trifosfați nucleozidici „cu energie ridicată”, cum ar fi trifosfatul de guanină. Între acestea și ATP, energia poate fi ușor transferată cu reacții precum cele catalizate de nucleozid difosfocinază: Energia este eliberată atunci când se efectuează hidroliza legăturilor fosfat-fosfat. Această energie poate fi utilizată de o varietate de enzime, proteine motorii și proteine de transport pentru a desfășura activitatea celulei. De asemenea, hidroliza produce fosfat anorganic liber și difosfat de adenozină, care poate fi descompus în continuare la un alt ion fosfat și adenozin monofosfat. ATP poate fi, de asemenea, descompus în adenozin monofosfat direct, cu formarea pirofosfatului. Această ultimă reacție are avantajul de a fi un proces efectiv ireversibil în soluție apoasă.

Reacția ADP cu GTP

ADP + GTP > ATP + PIB