3.20: تخزين الطاقة ATP وإطلاقها

ATP هو جزيء غير مستقر للغاية. ما لم يتم استخدامه بسرعة لأداء العمل ، يتفكك ATP تلقائيا إلى ADP والفوسفات غير العضوي (P_i) ، وتفقد الطاقة الحرة المنبعثة أثناء هذه العملية كحرارة. تستخدم الطاقة المنبعثة من التحلل المائي ATP لأداء العمل داخل الخلية وتعتمد على استراتيجية تسمى اقتران الطاقة. تجمع الخلايا بين التفاعل الطارد للطاقة للتحلل المائي ATP والتفاعلات المنشطة ، مما يسمح لها بالمضي قدما.

أحد الأمثلة على اقتران الطاقة باستخدام ATP يتضمن مضخة أيونية عبر الغشاء مهمة للغاية للوظيفة الخلوية. تعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هذه (مضخة Na ⁺/K ⁺) على إخراج الصوديوم من الخلية والبوتاسيوم إلى الخلية. يتم إنفاق نسبة كبيرة من ATP للخلية على تشغيل هذه المضخة لأن العمليات الخلوية تستورد بانتظام كميات كبيرة من الصوديوم إلى الخلية وتصدر كميات كبيرة من البوتاسيوم خارج الخلية. تعمل المضخة باستمرار على تثبيت التركيزات الخلوية للصوديوم والبوتاسيوم. لكي تتحول المضخة إلى دورة واحدة (تصدير ثلاثة أيونات Na ⁺ واستيراد اثنين من أيونات K ⁺) ، يجب تحلل جزيء واحد من ATP. عندما يتم تحلل ATP ، يتم نقل فوسفات جاما إلى بروتين المضخة.

تسمى عملية ارتباط مجموعة الفوسفات بجزيء بالفسفرة. كما هو الحال مع معظم حالات التحلل المائي ل ATP ، يتم نقل الفوسفات من ATP إلى جزيء آخر. في حالة الفسفرة ، تحتوي مضخة Na ⁺/K ⁺ على طاقة حرة أكثر ويتم تشغيلها للخضوع لتغيير توافقي. يسمح هذا التغيير بتحرير Na ⁺ إلى خارج الخلية. ثم يربط K ⁺ خارج الخلية ، والذي ، من خلال تغيير توافقي آخر ، يتسبب في انفصال الفوسفات عن المضخة. يؤدي إطلاق الفوسفات هذا إلى إطلاق K ⁺ إلى داخل الخلية. بشكل أساسي ، تقترن الطاقة المنبعثة من التحلل المائي ل ATP بالطاقة المطلوبة لتشغيل المضخة ونقل أيونات Na ⁺ و K ⁺. يقوم ATP بالعمل الخلوي باستخدام هذا الشكل الأساسي من اقتران الطاقة من خلال الفسفرة.

في كثير من الأحيان أثناء تفاعلات التمثيل الغذائي الخلوية ، مثل تخليق المغذيات وتفكيكها ، يجب أن تتغير جزيئات معينة قليلا في شكلها لتصبح ركائز للخطوة التالية في سلسلة التفاعل. أحد الأمثلة على ذلك هو أثناء تحلل السكر ، وهي الخطوات الأولى للتنفس الخلوي. في هذه الخطوة الأولى ، يلزم ATP لفسفرة الجلوكوز ، مما يخلق وسيطا عالي الطاقة ولكنه غير مستقر. يعمل تفاعل الفسفرة هذا على تشغيل تغيير توافقي يسمح لجزيء الجلوكوز الفسفوري بالتحول إلى سكر الفسفرة الفركتوز. الفركتوز هو وسيط ضروري لتحلل السكر للمضي قدما. هنا ، يشكل تفاعل التحلل المائي ATP ، الأزواج مع التفاعل الطارد للطاقة لفسفرة الجلوكوز خطوة وسيطة في المسار. مرة أخرى ، تم استخدام الطاقة المنبعثة عن طريق كسر رابطة الفوسفات داخل ATP لفسفرة جزيء آخر ، مما يخلق وسيطا غير مستقر ويعمل على تغيير توافقي مهم.

هذا النص مقتبس من Openstax ، علم الأحياء 2e ، القسم 6.4: ATP: أدينوسين ثلاثي الفوسفات