Selv eksergoniske, energifrigjørende reaksjoner krever en liten mengde aktiveringsenergi for å fortsette. Men vurder endergoniske reaksjoner, som krever mye mer energiinngang, fordi deres produkter har mer fri energi enn deres reaktanter. I cellen, hvor kommer energi til å drive slike reaksjoner fra? Svaret ligger hos et energiforsynende molekyl kalt adenosintrifosfat ELLER ATP. ATP ER et lite, relativt enkelt molekyl( Figur), men innenfor noen av dets bindinger inneholder det potensialet for en rask utbrudd av energi som kan utnyttes for å utføre cellulært arbeid. Dette molekylet kan betraktes som cellens primære energivaluta på samme måte som penger er valutaen som folk bytter ut for ting de trenger. ATP brukes til å drive de fleste energikrevende cellulære reaksjoner.
som navnet antyder, består adenosintrifosfat av adenosin bundet til tre fosfatgrupper (Figur). Adenosin er et nukleosid som består av nitrogenbasen adenin og et fem-karbon sukker, ribose. De tre fosfatgruppene, i rekkefølge nærmest lengst fra ribosesukker, er merket alfa, beta og gamma. Sammen utgjør disse kjemiske gruppene et energikraftverk. Imidlertid eksisterer ikke alle bindinger i dette molekylet i en spesielt høy energi tilstand. Begge bindingene som forbinder fosfatene er like høy-energi-bindinger (fosfoanhydrid-bindinger) som, når de brytes, frigjør tilstrekkelig energi til å drive en rekke cellulære reaksjoner og prosesser. Disse høyenergibindingene er bindingene mellom andre og tredje (eller beta og gamma) fosfatgrupper og mellom første og andre fosfatgrupper. Årsaken til at disse bindingene betraktes som «høy energi» er fordi produktene av slike bindingsbrudd-adenosindifosfat (ADP) og en uorganisk fosfatgruppe (Pi)—har betydelig lavere fri energi enn reaktantene: ATP og et vannmolekyl. Fordi denne reaksjonen finner sted ved bruk av et vannmolekyl, betraktes det som en hydrolysereaksjon. MED ANDRE ord hydrolyseres ATP TIL ADP i følgende reaksjon:
som de fleste kjemiske reaksjoner er hydrolysen AV ATP TIL ADP reversibel. Den omvendte reaksjonen regenererer ATP fra ADP + Pi. Faktisk er celler avhengige AV regenerering AV ATP, akkurat som folk stole på regenerering av brukte penger gjennom en slags inntekt. SIDEN ATP hydrolyse frigjør energi, MÅ ATP regenerering kreve en inngang av fri energi. DANNELSEN AV ATP uttrykkes i denne ligningen:
To fremtredende spørsmål gjenstår med hensyn til BRUKEN AV ATP som energikilde. Nøyaktig hvor mye fri energi frigjøres med HYDROLYSEN AV ATP, og hvordan brukes den frie energien til å gjøre cellulært arbeid? Den beregnede ∆G for hydrolyse av EN mol ATP til ADP og Pi er -7,3 kcal / mol (-30,5 kJ/mol). Siden denne beregningen er sant under standardbetingelser, forventes det at en annen verdi eksisterer under cellulære forhold. Faktisk er den ∆G for hydrolysen av EN mol ATP i en levende celle nesten dobbelt verdien ved standardbetingelser: 14 kcal / mol (-57 kJ/mol).
ATP ER et svært ustabilt molekyl. MED mindre DET raskt brukes til å utføre arbeid, dissocieres ATP spontant I ADP + Pi, og den frie energien som frigjøres under denne prosessen, går tapt som varme. Det andre spørsmålet ovenfor, det vil si hvordan energien frigjort AV ATP-hydrolyse brukes til å utføre arbeid inne i cellen, avhenger av en strategi som kalles energikobling. Celler par den eksergoniske reaksjonen AV ATP-hydrolyse med endergoniske reaksjoner, slik at de kan fortsette. Et eksempel på energikobling VED HJELP AV ATP innebærer en transmembran ionpumpe som er ekstremt viktig for cellulær funksjon. Denne natrium-kaliumpumpen (Na+/K+pumpe) driver natrium ut av cellen og kalium inn i cellen (Figur). En stor prosentandel av cellens ATP blir brukt til å drive denne pumpen, fordi cellulære prosesser bringer mye natrium inn i cellen og kalium ut av cellen. Pumpen arbeider kontinuerlig for å stabilisere cellulære konsentrasjoner av natrium og kalium. For at pumpen skal slå en syklus (eksportere Tre Na+ – ioner og importere to K+ – ioner), må ETT ATP-MOLEKYL hydrolyseres. NÅR ATP hydrolyseres, flyter ikke gammafosfatet bare bort, men overføres faktisk til pumpeproteinet. Denne prosessen med en fosfatgruppe binding til et molekyl kalles fosforylering. Som med DE fleste TILFELLER av ATP-hydrolyse overføres et fosfat fra ATP til et annet molekyl. I en fosforylert tilstand Har na+ / K + pumpen mer fri energi og utløses for å gjennomgå en konformasjonsendring. Denne endringen gjør Det mulig Å frigjøre Na+ til utsiden av cellen. Det binder deretter ekstracellulær K+, som gjennom en annen konformasjonsendring fører til at fosfatet løsner fra pumpen. Denne frigjøringen av fosfat utløser K+ som skal frigjøres til innsiden av cellen. I hovedsak er energien som frigjøres fra HYDROLYSEN AV ATP kombinert med energien som kreves for å drive pumpen og transportere Na+ og K+ – ioner. ATP utfører cellulært arbeid ved hjelp av denne grunnleggende form for energikobling gjennom fosforylering.
hydrolysen av ETT ATP-molekyl frigjør 7,3 kcal / mol energi (∆G = -7,3 kcal/mol energi). Hvis det tar 2,1 kcal / mol energi å flytte En Na + over membranen (∆G = +2,1 kcal/mol energi), hvor mange natriumioner kan flyttes ved hydrolysen av ETT ATP-molekyl?Ofte under cellulære metabolske reaksjoner, som syntese og nedbrytning av næringsstoffer, må visse molekyler endres litt i deres konformasjon for å bli substrater for neste trinn i reaksjonsserien. Et eksempel er under de aller første trinnene av cellulær respirasjon, når et molekyl av sukkerglukosen brytes ned i prosessen med glykolyse. I det første trinnet i denne prosessen er ATP nødvendig FOR fosforylering av glukose, noe som skaper et høyt energi, men ustabilt mellomprodukt. Denne fosforyleringsreaksjonen gir en konformasjonsendring som gjør at det fosforylerte glukosemolekylet kan omdannes til fosforylert sukker fruktose. Fruktose er et nødvendig mellomprodukt for glykolyse å bevege seg fremover. Her er DEN eksergoniske reaksjonen AV ATP-hydrolyse kombinert med den endergoniske reaksjonen ved å omdanne glukose til et fosforylert mellomprodukt i banen. Igjen ble energien frigjort ved å bryte en fosfatbinding i ATP brukt til fosforylering av et annet molekyl, noe som skaper et ustabilt mellomprodukt og driver en viktig konformasjonsendring.
Se en interaktiv animasjon av ATP-produserende glykolyseprosessen på dette nettstedet.
ATP ER det primære energiforsyningsmolekylet for levende celler. ATP består av et nukleotid, et fem-karbon sukker og tre fosfatgrupper. Bindingene som forbinder fosfatene (fosfoanhydrid-bindinger) har høyt energiinnhold. Energien frigjort FRA HYDROLYSEN AV ATP til ADP + Pi brukes til å utføre cellulært arbeid. Celler bruker ATP til å utføre arbeid ved å koble DEN eksergoniske reaksjonen AV ATP-hydrolyse med endergoniske reaksjoner. ATP donerer sin fosfatgruppe til et annet molekyl via en prosess kjent som fosforylering. Det fosforylerte molekylet er i en høyere energitilstand og er mindre stabilt enn dets ikke-fosforylerte form, og denne tilsatte energien fra tilsetningen av fosfatet tillater molekylet å gjennomgå sin endergoniske reaksjon.