Adenozin Trifosfat ( ATP ) Nedir Ve Neden Önemlidir ?
Kaslarınız için – aslında, vücudunuzdaki her hücre için – her şeyi devam ettiren enerji kaynağı ATP olarak adlandırılır. Adenosin trifosfat (ATP), enerjiyi depolamak ve kullanmak için önemli bir biyokimyasal yöntemdir.
ATP’yi enerjiye dönüştüren reaksiyonun tamamı biraz karmaşıktır, ancak burada iyi bir özet yapacağız:
- Kimyasal olarak ATP, üç fosfata bağlı bir adenin nükleotididir.
- Kimyasal reaksiyonları tetiklemek için kullanılabilen ikinci ve üçüncü fosfat grupları arasındaki bağda çok miktarda enerji depolanmaktadır.
- Bir hücrenin enerjiye ihtiyacı olduğunda, bu bağyı adenosin difosfat (ADP) ve serbest fosfat molekülü oluşturmak için kırar.
- Bazı durumlarda, ikinci fosfat grubu adenosin monofosfat (AMP) oluşturmak üzere parçalanabilir.
- Hücrenin enerjisi fazla olduğunda, bu enerjiyi ADP ve fosfattan ATP oluşturarak depolar.
- ATP, herhangi bir kas kontraksiyonunda yer alan biyokimyasal reaksiyonlar için gereklidir. Kanın çalışması arttıkça, gittikçe artan ATP tüketilir ve kanın hareket etmesi için değiştirilmesi gerekir.
ATP çok önemli olduğu için, vücudun ATP oluşturmak için birkaç farklı sistemi vardır. Bu sistemler aşamalı olarak birlikte çalışırlar. İlginç olan şey, farklı egzersiz şekillerinin farklı sistemler kullanmasıdır, bu nedenle koşucular, ATP’yi bir maraton koşucusundan tamamen farklı şekilde alıyor!
ATP kas içindeki üç farklı biyokimyasal sistemden bu sırada gelir:
- Fosfan sistemi
- Glcogen-laktik asit sistemi
- Aerobik solunum
Şimdi, her birine ayrıntılı bir şekilde göz atalım.
Konunun İçeriği
- 1 Fosfan Sistemi
- 2 Glikojen Laktik Asit Sistemi
- 3 Aerobik solunum
- 4 Genel bakış
- 5 Adenozin Trifosfat ( ATP ) : Fiziksel Ve Kimyasal Özellikleri
Fosfan Sistemi
Bir kas hücresi hemen etrafında yüzen ATP dolaşımına sahiptir, ancak çok fazla değil – yaklaşık üç saniye sürmesi yeterlidir. ATP seviyelerini çabucak doldurmak için, kas hücreleri, kreatin fosfat olarak adlandırılan yüksek enerjili bir fosfat bileşiği içerir.
Fosfat grubu, kreatin kinaz adı verilen bir enzim tarafından kreatin fosfattan alınır ve ATP oluşturmak üzere ADP’ye aktarılır.
Hücre ATP’yi ADP’ye çevirir ve fosfajen hızla ADP’yi ATP’ye döndürür. Kas çalışmaya devam edince kreatin fosfat seviyeleri düşmeye başlar. Birlikte, ATP seviyeleri ve kreatin fosfat seviyelerine fosfan sistemi denir. Fosfan sistemi, çalışma kasının enerji ihtiyaçlarını yüksek bir oranda karşılayabilir ancak yalnızca 8 ila 10 saniye sürer.
Glikojen Laktik Asit Sistemi
Kaslar ayrıca glikojen adı verilen karmaşık bir karbonhidratın büyük rezervlerine sahiptir. Glikojen, bir glikoz molekül zinciridir. Bir hücre, glikojeni glikoza böler. Daha sonra hücre, ATP yapmak için anaerobik metabolizma (“oksijensiz” anaerobik anlamına gelir) ve glikozdan laktik asit adı verilen bir yan ürünü kullanır.
ATP’yi bu süreçte yapmak için yaklaşık 12 kimyasal reaksiyon gerçekleşir, bu nedenle ATP’yi fosfojen sisteminden daha yavaş bir hızda besler. Sistem hala hızlı bir şekilde hareket edebilir ve yaklaşık 90 saniye süren yeterli ATP üretebilir. Bu sistem kullanışlı olan oksijene ihtiyaç duymaz, çünkü kalb ve akciğerleri birlikte hareket etmeleri için biraz zaman alır. Aynı zamanda kullanışlı çünkü hızla daralan kas kendi kan damarlarını sıkarak oksijen bakımından zengin kandan mahrum olur.
Anelobik solunum için laktik asit nedeniyle kesin bir sınır vardır. Asit, kaslarınızı inciten şeydir. Laktik asit kas dokusunda birikir ve egzersiz yapan kaslarınızda hissettiğiniz yorgunluk ve ağrıya neden olur.
Aerobik solunum
İki dakika boyunca Egzersis , vücut oksijen ile çalışan kaslara yanıt verir. Oksijen olduğunda, glikoz aerobik solunum adı verilen bir süreçte karbondioksit ve suya tamamen ayrılabilir.
Glukoz üç farklı yerden gelebilir:
- Kalan glikojen kaynakları kaslarda
- Karaciğerin glikojeninin kan dolaşımı yoluyla kaslara giden glikoza bölünmesi
- Bağırsaklardaki glikozun, kan dolaşımı yoluyla kaslara gitmesine neden olan gıdalardan soğurulması
Aerobik solunum ayrıca ATP üretmek için kas ve vücuttaki yağ rezervlerinden yağlı asitler de kullanabilir. Aşırı durumlarda (açlık gibi), proteinler amino asitlere ayrılabilir ve ATP yapmak için kullanılır. Aerobik solunum, önce karbonhidratları, daha sonra yağları ve nihayetinde proteinleri kullanırdı.
Aerobik solunum, yukarıdaki sistemlerden herhangi birinden daha fazla ATP üretmek için daha fazla kimyasal reaksiyon alır. Aerobik solunum, üç sistemin en yavaş hızında ATP’yi üretir, ancak yakıt tedarikinin sürdüğü sürece birkaç saat veya daha uzun süre ATP tedarik etmeye devam edebilir.
Genel bakış
Koşmaya başladığınızı düşünün. İşte ne oluyor:
- Kas hücreleri yaklaşık 3 saniye içinde yüzen ATP’yi yakarlar.
- Fosfenjen sistemi 8 ila 10 saniye boyunca enerji alır ve enerji sağlar. Bu, hızlı ivmelenme, kısa süreli egzersizin gerçekleştiği 100 metre koşucu veya ağırlık kaldırıcı kasları tarafından kullanılan büyük enerji sistemi olacaktır.
- Egzersiz daha uzun sürerse, glikojen-laktik asit sistemi devreye girer. Bu, 200 veya 400 metre veya 100 metre yüzme gibi kısa mesafeli egzersizler için geçerlidir.
- Sonunda egzersiz devam ederse aerobik solunum devralır. Bu, 800 metre, maraton koşusu, kürek, kros kayağı ve mesafe pateni gibi dayanıklılık sporların ortaya çıkabilir.
Adenozin Trifosfat ( ATP ) : Fiziksel Ve Kimyasal Özellikleri
ATP, adenozin – bir adenin halkası ve bir riboz şekeri – ve üç fosfat grubu (trifosfat) içerir. Fosforil grupları, riboza en yakın gruptan başlayarak alfa (α), beta (β) ve gama (γ) fosfatlar olarak ifade edilir. Sonuç olarak, RNA’nın bir monomer olan adenin nükleotidiyle yakından ilişkilidir. ATP, suda oldukça çözünürdür ve pH 6.8 ile 7.4 arasındaki çözeltilerde oldukça kararlıdır, ancak aşırı pH’da hızla hidrolize edilir. Sonuç olarak, ATP en iyi susuz tuz olarak saklanır.
ATP, tamponsuz suda ADP’ye ve fosfata hidrolize olduğu dengesiz bir moleküldür. Bunun nedeni, ATP’deki fosfat grupları arasındaki bağların mukavemeti, hidrojen bağlarının (hidratasyon bağı), ürünlerinin (ADP ve fosfat) ve su arasındaki kuvvete göre daha düşük olmasıdır. Böylece, ATP ve ADP suda kimyasal dengede bulunursa, ATP’nin hemen hemen tamamı ADP’ye dönüştürülecektir. Dengeden uzak olan bir sistem Gibbs’in serbest enerjisini içerir ve işi yapabilir. Canlı hücreler, ATP’nin ADP konsantrasyonunun beş misli yüksekliğinde, ATP’nin dengeden on derecede bir sırayla ADP’ye oranını korurlar. Dengede bu yer değiştirme, hücredeki ATP’nin hidrolizinin büyük miktarda serbest enerji saldığı anlamına gelir.
Bir ATP molekülünde iki fosfoanhidrit bağı (komşu fosfatları birbirine bağlayan moleküller), bu molekülün yüksek enerji içeriğinden sorumludur. Biyokimyasal reaksiyonlar bağlamında, bu anhidrit bağı sıklıkla – ve bazen de tartışmalı olarak – yüksek enerjili bağlar olarak adlandırılır (bağları koparmak için enerji almasına rağmen). ATP’de depolanan enerji, anhidrit bağlarının hidrolizi üzerine serbest bırakılabilir. Anabolik reaksiyonları tetiklemek için enerji gerektiğinde hidrolize olan ATP molekülündeki birincil fosfat grubu γ-fosfat grubudur. Riboz şekerden en uzakta bulunan, a-veya β-fosfattan daha yüksek hidroliz enerjisine sahiptir. Hidroliz sonrasında oluşan bağlar – ya da bir kalıntıya ATP tarafından fosforilasyon – enerji ATP’nin fosfoanhidrit bağlarından daha düşüktür. ATP’nin enzim tarafından katalize edilen hidrolizinde veya ATP ile fosforilasyon sırasında, mevcut serbest enerji, canlı bir sistem tarafından iş yapmak için kullanılabilir.
Potansiyel olarak reaktif moleküllerin herhangi bir dengesiz sistemi, hücrenin konsantrasyonunu reaksiyonun denge noktasından uzak tutması halinde potansiyel olarak serbest enerjiyi depolamanın bir yolu olarak hizmet edebilir. Bununla birlikte, çoğu polimerik biyomolekülün durumunda olduğu gibi, RNA, DNA ve ATP’nin daha basit monomerlere ayrılması hem standart konsantrasyonlarda hem de hücre içinde karşılaşılan konsantrasyonlarda hem enerji salımıyla hem de entropi artışıyla ilgilidir.
ATP’nin hidrolizinden salınan standart enerji miktarı, doğal olmayan (standart) koşullardaki enerjideki değişikliklerden hesaplanabilir ve daha sonra biyolojik konsantrasyonlara göre düzeltilebilir. Standart sıcaklığa ve ATP’nin hidratlanmış ADP’ye ve hidratlanmış inorganik fosfata ayrışmasının basıncındaki ısı enerjisindeki (entalpi) net değişim -30.5 kJ / mol olup, serbest enerjide 3.4 kJ / mol’luk bir değişiklik vardır. Bir fosfat (Pi) veya pirofosfat (PPi) biriminin ATP’den 1M standart haliyle ayrılmasıyla çıkan enerji:
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)
Bu değerler, fizyolojik koşullar altında enerji değişimini ve hücresel ATP / ADP oranını hesaplamak için kullanılabilir. Bununla birlikte, (AMP’yi dikkate alan) daha temsili bir değer olan Enerji yükü giderek daha fazla istihdam edilmektedir. Bu reaksiyon için Gibbs serbest enerjisi için verilen değerler, toplam iyonik kuvvet ve Mg2 + gibi alkali toprak metal iyonlarının varlığı gibi bir dizi faktöre bağlıdır
ve Ca2 + . Tipik hücresel koşullar altında, ΔG yaklaşık -57 kJ / mol (-14 kcal / mol) ‘dir.
Sentez
ATP, çeşitli hücresel işlemlerle, en tipik olarak mitokondriyumda ATP sentezının katalitik etkisi altında oksidatif fosforilasyon ile veya fotosentezle kloroplastlardaki bitkiler durumunda üretilebilir.
ATP sentezinin ana yakıtları glikoz ve yağ asitleridir. Başlangıçta glükoz sitozolda piruvata ayrılır. Her bir glikoz molekülü için iki ATP molekülü oluşturulur. ATP sentezinin son safhaları mitokondriyumda gerçekleştirilir ve 34 ATP’ye kadar üretebilir.
ATP’den ADP’ye geçiş
Adenozin trifosfat (ATP) yaşamın enerji para birimi olup, ADP’ye (adenosin difosfat) dönüştürülerek çoğu biyolojik süreç için bu enerjiyi sağlar. Temel reaksiyon bir su molekülünü içerdiğinden,
ATP + H2O → ADP + Pi
bu reaksiyon genellikle ATP’nin hidrolizidir.
ATP’nin yapısı, omurga olarak sıralı bir karbon bileşiğine sahiptir, ancak gerçekten kritik olan kısım fosfor kısmıdır – trifosfattır. Üç fosforlu grup birbirine oksijen ile bağlıdır ve fosfor atomlarına bağlı yan oksijenler de vardır. Vücuttaki normal şartlar altında, bu oksijenlerin her biri negatif bir yüke sahiptir ve bildiğiniz gibi, elektronlar protonlarla birlikte olmak ister – negatif yükler birbirlerini iter. Bu bir araya gelen negatif yükler kaçmak istiyor – birbirlerinden uzaklaşmak için burada çok fazla potansiyel enerji var.
Bu fosfat gruplarından sadece birini sonundan kaldırırsanız, böylece sadece iki fosfat grubu olur. Bu bağyı keserseniz, enerji tek bir kısımdaki enerjiyle yaklaşık 7000 kaloriyi serbest bırakmak için yeterlidir.
Canlılar ATP’yi bir pil gibi kullanabilirler. ATP, ADP’yi oluşturmak için fosfor gruplarından birini kaybetme yoluyla gerekli tepkilere yetki verebilir; ancak, ADP’yi ATP’ye geri döndürmek için mitokondriyumdaki gıda enerjisini kullanabilirsiniz; böylece, enerji, yine gerekli işi yapmak için elverişlidir. Bitkilerde, daha az aktif terkip maddesini son derece enerjik bir forma dönüştürmek için güneş ışığı enerjisi kullanılabilir. Hayvanlar için hayatta kalabilmek için yapmanız gerekenleri yapmak için yüksek enerjili depolama moleküllerinizdeki enerjiyi kullanırsınız ve onları tekrar yüksek enerjili hale getirmek için “yeniden şarj edersiniz”.
ATP’nin Hidrolizinden Serbest Enerji
Adenozin trifosfat (ATP) yaşamın enerji para birimi olup, ADP’ye (adenosin difosfat) dönüştürülerek çoğu biyolojik süreç için bu enerjiyi sağlar. Temel reaksiyon bir su molekülünü içerdiğinden,
ATP + H2O → ADP + Pi
bu reaksiyon genellikle ATP’nin hidrolizidir. Reaksiyonda Gibbs serbest enerjisindeki değişim, bu gibi reaksiyonların enerji verimliliğini değerlendirmek ve reaksiyonların kendiliğindenliğinin genel bir göstergesi olarak kullanılır. Standart koşullar altında bu değişiklik ΔG0 ‘,
Fakat yaşayan bir hücrede tipik reaktan konsantrasyonları [ATP] = 10mM, [ADP] = 1mM ve [Pi] = 10mM olabilir. Bu koşullar altında serbest enerji değişimi
Hücredeki ATP ve ADP konsantrasyonları nedeniyle, koşullar ATP’nin bir enerji kaynağı olarak hidrolizinin kullanılması için çok elverişlidir. Aslında, pozitif ΔG değerlerine sahip birçok işlem ATP’nin hidrolizi ile birleştiğinde gerçekleşebilir.