Adenosintrifosfat

Strukturell formel
Struktur av adenosintrifosfat
Generell
Etternavn Adenosintrifosfat
andre navn
  • Adenosin 5 ′ - (trihydrogen trifosfat)
  • Adenosin-5'-trifosforsyre
  • ATP
  • ADENOSIN TRIFOSFAT ( INCI )
Molekylær formel C 10 H 16 N 5 O 13 P 3
Kort beskrivelse

fargeløst fast stoff

Eksterne identifikatorer / databaser
CAS-nummer 56-65-5
EF-nummer 200-283-2
ECHA InfoCard 100 000 258
PubChem 5957
ChemSpider 5742
DrugBank DB00171
Wikidata Q80863
eiendommer
Molarmasse 507,18 g mol −1
Fysisk tilstand

fast

sikkerhetsinstruksjoner
GHS faremerking
ingen GHS-piktogrammer
H- og P-setninger H: ingen H-setninger
P: ingen P-setninger
Så langt som mulig og vanlig, brukes SI-enheter . Med mindre annet er angitt, gjelder oppgitte data standardbetingelser .

Adenosintrifosfat , eller kort sagt ATP , er et nukleotid , nemlig trifosfatet til nukleosidet adenosin .

Adenosintrifosfat er den universelle og umiddelbart tilgjengelige energibæreren i celler og en viktig regulator for energiforsyningsprosesser. Den adenosintrifosfat molekylet består av en adenin rest , sukker ribose og tre fosfater (α til γ) i en ester (α) eller anhydrid binding (β og γ).

historie

Romlig struktur av ATP

Adenosintrifosfat ble oppdaget i 1929 av den tyske biokjemikeren Karl Lohmann . En kjemisk syntese av ATP ble først publisert i 1949 av James Baddiley og Alexander Robertus Todd . Rollen som den viktigste energikilden i celler ble belyst av Fritz Lipmann fra 1939 til 1941 , etter at Vladimir Alexandrowitsch Engelhardt hadde vist i 1935 at ATP er nødvendig for muskelsammentrekninger, og Herman Moritz Kalckar hadde vist sammenhengen mellom cellulær respirasjon og biosyntese. av ATP i 1937. Underenheter av den ansvarlige ATP-syntasen ble først isolert av Efraim Racker i 1960.

Energikilde

Prosesser i celler krever også energi for å utføre kjemisk arbeid som syntese av organiske molekyler, osmotisk arbeid som aktiv stofftransport gjennom biomembraner og mekanisk arbeid som muskelsammentrekning . ATP brukes primært som bærer av energi. De fosfat residiene til denne nukleosidtrifosfatet som er forbundet med hverandre via fosfor- anhydrid- bindinger ( -hydrid bonds). En eller to fosfatgrupper kan deles av ved enzymkatalysert hydrolyse og adenosindifosfat (ADP) og monofosfat eller adenosinmonofosfat (AMP) og pyrofosfat dannes . Når fosfatbindingene spaltes, kan 32,3 kJ / mol når en binding brytes eller 64,6 kJ / mol når begge bindingene brytes brukes til arbeid under standardforhold .

Signalmolekyl

Intracellular

ATP er et ko- substrat av kinaser , en gruppe fosfatoverførende enzymer som spiller en nøkkelrolle i metabolisme og metabolsk regulering . Viktige medlemmer av sistnevnte gruppe er proteinkinasene , som avhengig av deres aktiveringsmekanisme blir referert til som proteinkinase A (PKA, cAMP- avhengig), proteinkinase C (PKC, kalsiumavhengig ), kalmodulinavhengig kinase, eller insulin-stimulert proteinkinase (ISPK) for å nevne noen få eksempler. Under blodsukker er noen grunnleggende prinsipper adressert i henhold til hvilke en serie kinaser kan sammenkobles for å danne en enzymkaskade .

Ekstracellulær

ATP (som ADP og adenosin) er en agonist av purinergiske reseptorer som spiller en rolle i både det sentrale og perifere nervesystemet . Det er således involvert i prosesser som blodstrømregulering eller formidling av inflammatoriske reaksjoner . Det frigjøres etter nevrale skader og kan stimulere spredning av astrocytter og nevroner .

regenerering

Cellen regenererer ATP fra AMP eller ADP som er opprettet under frigjøring av energi fra ATP. Det er to forskjellige måter å gjøre dette, kalt substrat kjede fosforylering og elektrontransport fosforylering (respiratoriske kjede).

I substratkjedefosforylering er en fosfatrest bundet til et mellomprodukt fra nedbrytningen av materielle energikilder, og etter ytterligere omdannelse av det mellomliggende produktet, overføres det til ADP.

I elektrontransport fosforylering, er transporten av elektroner langs en redoks- gradient via ulike elektron og hydrogenbærere i en membrantran protoner fra en plass i cellen omsluttet av membranen til en annen. I bakterier pumpes protoner utover. I eukaryoter finner disse prosessene sted i mitokondriene . Der eksporteres protoner fra mitokondriell matrise til intermembranområdet . I begge tilfeller genereres en protongradient og brukes som det kjemiosmotiske potensialet AP , som er sammensatt av en protonkonsentrasjonsforskjell APh og en elektrisk potensialforskjell AA. Tilbakestrømningen av protonene gjennom enzymet ATP-syntase , som også er lokalisert i membranen, driver den energikrevende bindingen av uorganiske fosfatrester til ADP, som katalyseres av dette enzymet. I noen organismer brukes natriumioner i stedet for protoner; de har en analog Na + -avhengig ATP-syntase.

I kjemotrofiske organismer mates elektronene inn i luftveiskjeden i form av reduksjonsmidlene NADH , NADPH , FADH 2 eller redusert ferredoksin . Disse kommer fra oksidativ nedbrytning av høyenergiforbindelser som karbohydrater eller fettsyrer. I aerobe organismer overføres elektronene til oksygen, noe som skaper vann. I den anaerobe respirasjonen av andre elektronakseptorer kan det brukes, for eksempel svovel eller jern (II). I begge tilfeller er det en elektrokjemisk forskjell som brukes til å generere ATP. I eukaryoter foregår prosessen i mitokondriene , i prokaryoter i cytoplasmaet.

I fototrofe organismer, etter absorpsjon av lys av klorofyller, avgis disse elektronene på et høyt energinivå. Lysenergien brukes til å generere en elektrokjemisk forskjell. I grønne planter foregår dette i kloroplastene , i bakterier i cytoplasmaet . På grunn av bruk av lys snakker man i dette tilfellet om fotofosforylering .

Kortsiktig regenerering i muskelceller

Siden oksidativ fosforylering i luftveiene er en relativt langsom prosess, må ATP-tilførselen i sterkt stressede celler (muskelceller) etterfylles med kort varsel. ATP-tilførselen (i muskelcellen ca. 6 mmol / kg muskel) varer bare 2-3 sekunder ved maksimal sammentrekning. Molekyler med høyere gruppeoverføringspotensial enn ATP representerer en reserve. Pattedyrmuskelceller holder en tilførsel av kreatinfosfat (21 mmol / kg muskel; 0,08% per kroppsvekt) klar. Den kreatinkinase katalyserer overføringen av fosforyl fra kreatinfosfat til ADP. Hvis denne forsyningen blir brukt opp etter 6–10 sekunder, må de ovennevnte mekanismene være ansvarlige for ATP-regenerering alene.

Energiforsyning i muskelceller

Under kraftig muskelanstrengelse bryter muskelceller ned glukose til laktat i melkesyregjæring for raskt å produsere ATP. Selve laktatet bygges opp igjen i leveren for å pyruvat og deretter til glukose med inntak av ATP ( glukoneogenese ). Denne glukosen blir deretter gjort tilgjengelig for muskelen som energikilde. Denne syklusen er også kjent som Cori-syklusen .

I en nødsituasjon brytes også kroppens egne proteiner ned for å generere energi. Proteiner brytes ned til aminosyrer, og disse brytes for det meste ned i pyruvat. På en måte som ligner på Cori-syklusen, blir pyruvat først transaminert til alanin og transportert til leveren. Der blir disse trinnene reversert, og leveren produserer glukose igjen fra pyruvat, som deretter blir gjort tilgjengelig for musklene. Denne syklusen er også kjent som glukose-alaninsyklusen.

Energiforsyning i hjertemuskelen

Hjertemuskelen bruker fettsyrer som drivstoff, disse brytes ned i β-oksidasjonen i de mange mitokondriene. Videre kan glukose, laktat (via reoksidering til pyruvat), ketonlegemer og glykogen også brytes ned. Ved høye belastninger kan opptil 60% av energien oppnås ved oksidasjon av laktat.

Konsentrasjoner

ATP-konsentrasjonen er en kontrollvariabel i cellen : Fallet under 4–5 mmol / l aktiverer energiforsyningsreaksjoner (se fosfofruktokinase ); å overskride terskelen forårsaker energilagring, f.eks. B. gjennom dannelsen av kreatinfosfat så raskt tilgjengelig (ATP-forsyning) lagring i muskelen eller oppbygging av glykogen som en "energipute" i leveren. Karbohydrat- og proteinbutikker er imidlertid begrenset. Ytterligere overflødig energi fører (via acetyl-CoA ) til lagring av fett.

salg

I gjennomsnittlig voksen er mengden ATP som bygges opp og brytes ned i kroppen hans hver dag omtrent halvparten av kroppsmassen. For eksempel konverterer en mann som veier 80 kg rundt 40 kg ATP per dag, noe som tilsvarer omtrent 78,8 mol eller 10 25 molekyler som er nylig dannet. Ved intensivt fysisk arbeid kan ATP-omsetningen øke til 0,5 kg per minutt.

Se også

Wiktionary: Adenosintrifosfat  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

litteratur

  • Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham: Biochemistry. 4. utgave, internasjonal utgave. Brooks / Cole, Cengage Learning Services, Boston MA et al.2009 , ISBN 978-0-495-11464-2 .

Individuelle bevis

  1. Oppføring av ADENOSINE TRIFHOSPHATE i CosIng-databasen til EU-kommisjonen, åpnet 27. mars 2020.
  2. Try Oppføring på adenosin 5'-trifosfat. I: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, åpnet 30. mai 2014.
  3. a b datablad adenosintrifosfat fra Sigma-Aldrich , tilgjengelig 12. juni 2011 ( PDF ).Mal: Sigma-Aldrich / navn ikke oppgittMal: Sigma-Aldrich / dato ikke oppgitt
  4. JR Knowles: Enzymkatalyserte fosforyloverføringsreaksjoner . I: Årlig gjennomgang av biokjemi . teip 49 , 1980, ISSN  0066-4154 , s. 877-919 , doi : 10.1146 / annurev.bi.49.070180.004305 , PMID 6250450 .
  5. Om pyrofosfatfraksjonen i muskelen . I: Naturvitenskap . teip 17 , nr. 31. 1. august 1929, ISSN  0028-1042 , s. 624–625 , doi : 10.1007 / BF01506215 ( springer.com [åpnet 25. april 2018]).
  6. ^ ATPs historie på Nobels nettsted .
  7. HM Kalckar: Fosforylering i nyrevevet . I: Enzymologia . 2, 1937, s. 47-53.
  8. ME Pullman, HS Penefsky, A. Datta, E. Racker: Deloppløsning av enzymene som katalyserer oksidativ fosforylering. I. Rensing og egenskaper av løselig dinitrofenolstimulert adenosintrifosfatase . I: Journal of Biological Chemistry . teip 235 , november 1960, ISSN  0021-9258 , s. 3322-3329 , PMID 13738472 .
  9. ^ Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham: Biokjemi. 4. utgave, internasjonal utgave. Brooks / Cole, Cengage Learning Services, Boston MA et al. 2009, ISBN 978-0-495-11464-2 , s. 849.