ATP (adenosin trifosfat): struktur, fungsi, hidrolisis

ATP (adenosin trifosfat): struktur, fungsi, hidrolisis

ATP (adenosin trifosfat) 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 menjaga serangkaian proses seluler bekerja secara efisien.

Ini dikenal luas dengan istilah “mata uang energi”, karena pembentukan dan penggunaannya terjadi dengan mudah, memungkinkannya untuk dengan cepat “membayar” reaksi kimia yang membutuhkan energi.

Sumber: Oleh Pengguna: Mysid (Buatan sendiri di bkchem; diedit dalam perl.) [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Meskipun molekul dengan mata telanjang kecil dan sederhana, ia menyimpan sejumlah besar energi dalam ikatannya. Gugus fosfat memiliki muatan negatif, yang berada dalam tolakan konstan, membuatnya menjadi ikatan yang labil dan mudah putus.

hidrolisis ATP adalah rincian dari molekul oleh keberadaan air. Dengan proses ini energi yang terkandung dilepaskan.

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

Fosforilasi oksidatif menggabungkan oksidasi FADH 2 dan NADH + H + di mitokondria dan fosforilasi pada tingkat substrat terjadi di luar rantai transpor elektron, dalam jalur seperti glikolisis dan siklus asam trikarboksilat.

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

Indeks artikel

Struktur

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

– Basa nitrogen, adenin. Basa nitrogen adalah senyawa siklik yang mengandung satu atau lebih nitrogen dalam strukturnya. Kita 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. Rumus kimianya adalah C 5 H 10 O 5 . Karbon 1 dari ribosa melekat pada cincin adenin.

– Tiga radikal fosfat. Dua yang terakhir adalah “ikatan energi tinggi” dan diwakili dalam struktur grafis dengan simbol centang: ~. Gugus fosfat adalah salah satu yang paling penting dalam sistem biologis. Ketiga kelompok tersebut disebut alfa, beta, dan gamma, dari yang terdekat hingga terjauh.

Tautan ini sangat labil, sehingga membelah dengan cepat, mudah, dan spontan jika kondisi fisiologis tubuh memungkinkan. Ini terjadi karena muatan negatif dari ketiga gugus fosfat terus-menerus mencoba untuk menjauh satu sama lain.

Fitur

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

Secara 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, diperlukan untuk mensintesis komponen DNA dan RNA dan untuk sintesis biomolekul lain , ia berpartisipasi dalam perdagangan melalui membran, antara lain.

Penggunaan ATP dapat dibagi menjadi beberapa kategori utama: transportasi molekul melalui membran biologis, sintesis berbagai senyawa dan akhirnya, kerja mekanis.

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

Pasokan energi untuk transportasi natrium dan kalium melintasi membran

Sel adalah lingkungan yang sangat dinamis yang membutuhkan pemeliharaan konsentrasi tertentu. Kebanyakan molekul tidak memasuki sel secara acak atau kebetulan. Agar molekul atau zat dapat masuk, ia harus masuk melalui transporter spesifiknya.

Transporter adalah protein membran yang berfungsi sebagai “penjaga gerbang” sel, mengendalikan aliran bahan. Oleh karena itu, membran bersifat semipermeabel: memungkinkan senyawa tertentu masuk dan yang lainnya tidak.

Salah satu transportasi yang paling terkenal adalah pompa natrium-kalium . Mekanisme ini diklasifikasikan sebagai transpor aktif , karena pergerakan ion terjadi melawan konsentrasinya dan satu-satunya cara untuk melakukan pergerakan ini adalah dengan memasukkan energi ke dalam sistem, dalam bentuk ATP.

Diperkirakan sepertiga dari ATP yang terbentuk di dalam sel digunakan untuk menjaga pompa tetap aktif. Ion natrium terus-menerus dipompa ke luar sel, sedangkan ion kalium dipompa ke arah sebaliknya.

Logikanya, penggunaan ATP tidak terbatas pada pengangkutan 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 terdiri dari asam amino, dihubungkan bersama oleh ikatan peptida. Untuk membentuknya diperlukan pemutusan empat ikatan berenergi 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 . Ini mampu menafsirkan kode yang dimiliki messenger RNA 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 penting lainnya dan untuk itu diperlukan energi yang terkandung dalam ikatan ATP.

Menyediakan energi untuk penggerak

Kerja mekanis adalah salah satu fungsi terpenting ATP. Misalnya, agar tubuh kita dapat berkontraksi serat otot, diperlukan ketersediaan energi dalam jumlah besar.

Di otot, energi kimia dapat diubah menjadi energi mekanik berkat reorganisasi protein dengan kapasitas untuk berkontraksi yang membentuknya. Panjang struktur ini dimodifikasi, diperpendek, yang menciptakan ketegangan yang diterjemahkan ke dalam generasi gerakan.

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

Gerakan khusus lainnya adalah gerakan amuba yang melibatkan penonjolan pseudopoda di ujung sel. Beberapa jenis sel menggunakan mekanisme penggerak ini, termasuk leukosit dan fibroblas.

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

Hidrolisis

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

ATP + Air ADP + P i + energi. Dimana istilah P i mengacu pada kelompok fosfat anorganik dan ADP adalah adenosin difosfat. Perhatikan bahwa reaksinya reversibel.

Hidrolisis ATP adalah fenomena yang melibatkan pelepasan sejumlah besar energi. Pemutusan salah satu ikatan pirofosfat menghasilkan pelepasan 7 kkal per mol – khususnya 7,3 dari ATP ke ADP dan 8,2 untuk produksi adenosin monofosfat (AMP) dari ATP. Ini setara dengan 12.000 kalori per mol ATP.

Mengapa pelepasan energi ini terjadi?

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

Harus disebutkan bahwa hanya hidrolisis yang terjadi pada ikatan pirofosfat untuk menimbulkan pembentukan ADP atau AMP yang mengarah pada pembangkitan energi dalam jumlah yang signifikan.

Hidrolisis ikatan lain dalam molekul tidak memberikan banyak energi, kecuali hidrolisis pirofosfat anorganik, yang memiliki energi dalam jumlah besar.

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

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

Dari sudut pandang energi, ada molekul lain yang energi pelepasannya lebih besar daripada ATP, termasuk 1,3-bisfosfogliserat, karbamilfosfat, kreatinin fosfat, dan fosfoenolpiruvat.

Mendapatkan ATP

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

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif melibatkan proses oksidasi nutrisi dua fase: memperoleh berkurang koenzim NADH dan FADH 2 yang berasal dari vitamin.

Pengurangan molekul-molekul ini membutuhkan penggunaan hidrogen dari nutrisi. Dalam lemak, produksi koenzim sangat luar biasa, berkat jumlah hidrogen yang sangat besar dalam strukturnya, dibandingkan dengan peptida atau karbohidrat.

Meskipun ada beberapa rute produksi 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 terdiri dari serangkaian protein yang digabungkan dengan membran yang memompa proton (H +) ke luar (lihat gambar). Proton ini masuk dan melintasi membran lagi 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.

Sumber: Oleh Bustamante Yess [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons

Fosforilasi tingkat substrat

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

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

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

Dengan demikian, produksi energi terjadi melalui pembentukan molekul yang memiliki ikatan energi tinggi, termasuk 1,3-bisfosfoglirat dan fosfoenolpiruvat.

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

siklus ATP

ATP tidak pernah disimpan. Itu ada dalam siklus penggunaan dan sintesis yang berkelanjutan. Ini menciptakan keseimbangan antara ATP yang terbentuk dan produk terhidrolisisnya, ADP.

Sumber: Oleh Muessig [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons

Molekul energi lainnya

ATP bukan satu-satunya molekul yang terdiri dari nukleosida bifosfat yang ada dalam metabolisme sel. Ada sejumlah 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 trifosfat, yang digunakan dalam siklus Krebs yang terkenal dan dalam jalur glukoneogenik. Lainnya yang kurang digunakan adalah CTP, TTP dan UTP.

Referensi

  1. Guyton, AC, & Hall, JE (2000). Buku ajar fisiologi manusia.
  2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall Risalah Tentang Fisiologi Medis . Elsevier Brasil.
  3. Hernandez, AGD (2010). Risalah Nutrisi: Komposisi Dan Kualitas Gizi Makanan. Ed. Medis Panamerika.
  4. Lim, SAYA (2010). Yang penting dalam metabolisme dan nutrisi . lain.
  5. Pratt, CW, & Kathleen, C. (2012). Biokimia . Editorial El Manual Moderno.
  6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Dasar-dasar Biokimia. Editorial Médica Panaméricana.