Adenosintrifosfat (ATP) – cellens energimolekyle og molekylære valuta
ATP – cellens energimolekyle: Lær, hvordan adenosintrifosfat transporterer kemisk energi, driver stofskiftet og dannes af ATP-syntase.
Adenosintrifosfat (ATP) er et nukleotid, som fungerer som cellernes vigtigste energibærer og ofte omtales som "den molekylære valuta". I cellerne bruges ATP både som energikilde til mange processer og som byggesten i biokemiske reaktioner — fx ved fosforylering af proteiner og som forløber for signalmolekyler som cAMP.
Struktur
ATP består af tre hoveddele: basen adenin, sukkeret ribose og tre sammenkoblede fosfatgrupper. Bindingerne mellem de to sidste fosfatgrupper kaldes højenergi fosfoanhydridbindinger. Når en af disse bindinger brydes ved hydrolyse, frigives energi, som cellen kan udnytte.
Funktion og energiomkobling
ATP fungerer som energibærer ved at blive hydrolyseret til ADP (adenosindiphosphat) og uorganisk fosfat (Pi) eller til AMP (AMP er kort for adenosinmonofosfat). Den generelle reaktion er:
- ATP + H2O → ADP + Pi + energi
Under standardbetingelser er den frie energi for ATP → ADP omkring −30,5 kJ/mol (−7,3 kcal/mol), men i levende celler varierer den reelle ΔG afhængigt af metabolisk tilstand og koncentrationer af ATP, ADP og Pi.
Energi fra ATP bruges til bl.a.:
- Muskelkontraktion (myosin ATPase)
- Aktiv transport over membraner (fx Na+/K+-ATPase)
- Metaboliske syntesereaktioner (biosyntese af lipider, proteiner, nukleotider)
- Signaltransduktion via kinaser, som overfører fosfat fra ATP til målproteiner
- Roterende mekanismer i cellen, fx motorproteiner og pumper
Dannelse og regeneration
ATP dannes kontinuerligt i cellerne ved flere mekanismer:
- Oxidativ fosforylering i mitokondrierne via ATP-syntase, som udnytter en protongradient over den indre mitokondriemembran (chemiosmose; Mitchells hypotese).
- Substratkoblede fosforyleringer under glykolyse og i citronsyrecyklus.
- Fotofosforylering i planter og cyanobakterier i kloroplaster under fotosyntese.
Til hurtig genopbygning af ATP i især muskler findes også energireserver som kreatinphosphat, der hurtigt kan overføre en fosfatgruppe til ADP.
ATP i cellekommunikation og som nukleotid
Udover sin rolle som energimolekyle er ATP et vigtigt nukleotid i cellens kemi: det indgår i RNA og er forløber for signalmolekylet cAMP, som dannes fra ATP af adenylatcyklase. Ekstracellulært ATP kan også fungere som signalstof i immunrespons og neurotransmission.
Hurtig omsætning og biologisk betydning
ATP omsættes meget hurtigt i levende organismer — et enkelt ATP-molekyle genbruges mange gange i sekundet — og hele organismen kan syntetisere store mængder ATP dagligt for at opretholde funktion. Manglende ATP-produktion (fx ved iltmangel/iskæmi) fører hurtigt til tab af cellulære funktioner og kan udløse celledød.
Praktiske og kliniske aspekter
Måling af ATP bruges i laboratorier som indikator for celleviabilitet. Forstyrrelser i mitokondriernes evne til at lave ATP er centrale i mange sygdomme, herunder arvemito- syndromer, hjertesvigt og neurodegenerative sygdomme.
Opsummering: ATP er både et coenzym og en universel energibærer, opbygget af adenin, ribose og tre fosfatgrupper. Det syntetiseres primært af ATP-syntase og genbruges konstant i cellernes energikredsløb for at drive bevægelse, transport, biosyntese og signalering.
ATP's molekylære struktur.
Anvendelse
ATP-molekylet er meget alsidigt, hvilket betyder, at det kan bruges til mange ting. Energien er lagret i dets kemiske bindinger.
Når ATP binder sig til et andet fosfat, lagres energi, som kan bruges senere. Med andre ord, når der laves en binding, lagres der energi. Dette er en endoterm reaktion.
Når ATP bryder en binding med en fosfatgruppe og bliver til ADP, frigives der energi. Med andre ord frigøres der energi, når en binding brydes. Der er tale om en exotermisk reaktion.
ATP-fosfatudvekslingen er en næsten uendelig cyklus, der kun stopper, når cellen dør.
Funktioner i celler
ATP er den vigtigste energikilde for de fleste cellefunktioner. Dette omfatter syntesen af makromolekyler, herunder DNA og RNA (se nedenfor), og proteiner. ATP spiller også en afgørende rolle i den aktive transport af makromolekyler gennem cellemembraner, f.eks. exocytose og endocytose.
DNA- og RNA-syntese
I alle kendte organismer syntetiseres de desoxyribonukleotiderne, som udgør DNA, ved at ribonukleotidreduktase (RNR)-enzymer virker på de tilsvarende ribonukleotider. Disse enzymer reducerer sukkerresterne fra ribose til deoxyribose ved at fjerne ilt.
Ved syntesen af nukleinsyren RNA er ATP et af de fire nukleotider, som RNA-polymeraser inkorporerer direkte i RNA-molekylerne. Den energi, der driver denne polymerisation, kommer fra spaltning af en pyrofosfat (to fosfatgrupper). Dansen er den samme i DNA-biosyntesen, bortset fra at ATP reduceres til desoxyribonukleotidet dATP, inden det inkorporeres i DNA.
Historie
- ATP blev opdaget i 1929 af Karl Lohmann og Jendrassik og uafhængigt af hinanden af Cyrus Fiske og Yellapragada Subba Rao fra Harvard Medical School. Begge hold konkurrerede mod hinanden om at finde et teststof for fosfor.
- Fritz Albert Lipmann foreslog i 1941, at det var mellemleddet mellem energiproducerende og energiforbrugende reaktioner i cellerne.
- Det blev først syntetiseret (skabt) i laboratoriet af Alexander Todd i 1948.
- Nobelprisen i kemi 1997 blev delt, idet den ene halvdel gik til Paul D. Boyer og John E. Walker for deres opklaring af den enzymatiske mekanisme, der ligger til grund for syntesen af adenosintrifosfat (ATP), og den anden halvdel gik til Jens C. Skou for den første opdagelse af et ionetransporterende enzym, Na+, K+ -ATPase.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er adenosintrifosfat?
A: Adenosintrifosfat (ATP) er et kemikalie, der bruges af levende væsener til at lagre og overføre energi.
Q: Hvad er formålet med ATP i levende væsener?
A: Formålet med ATP i levende væsener er at lagre energi og overføre den til celler, der har brug for den.
Q: Hvordan får cellerne deres energi?
A: Celler får deres energi fra at bryde ATP-molekyler fra hinanden for at frigive oplagret energi.
Q: Laver alle levende ting ATP?
A: Ja, alle levende væsener laver ATP for at lagre og overføre energi.
Q: Hvorfor er ATP nødvendigt for celler, der arbejder hårdere?
A: ATP er nødvendigt for celler, der arbejder hårdere, fordi de har brug for mere energi for at fungere, og ATP er det molekyle, der leverer denne energi.
Q: Kan levende ting overleve uden ATP?
A: Nej, levende ting kan ikke overleve uden ATP, fordi det er det molekyle, der giver energi til alle cellulære processer.
Q: Hvad sker der, når ATP-molekyler bliver splittet ad?
A: Når ATP-molekyler brydes fra hinanden, frigives den oplagrede energi og bruges af cellen til forskellige processer.
Søge