3.20: Magazynowanie i uwalnianie energii ATP

ATP Energy Storage and Release
JoVE Core
Cell Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Cell Biology
ATP Energy Storage and Release
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

9,346 Views

01:31 min
May 22, 2025

Overview

ATP jest wysoce niestabilną cząsteczką. O ile ATP nie zostanie szybko wykorzystane do wykonania pracy, spontanicznie dysocjuje na ADP i nieorganiczny fosforan (Pi), a darmowa energia uwalniana podczas tego procesu jest tracona w postaci ciepła. Energia uwalniana w wyniku hydrolizy ATP jest wykorzystywana do wykonywania pracy wewnątrz ogniwa i zależy od strategii zwanej sprzężeniem energii. Komórki sprzęgają egzergoniczną reakcję hydrolizy ATP z reakcjami endergonicznymi, umożliwiając im kontynuację.

Jednym z przykładów sprzężenia energii za pomocą ATP jest transbłonowa pompa jonowa, która jest niezwykle ważna dla funkcji komórkowych. Ta pompa sodowo-potasowa (pompa Na+/K+) wypycha sód z komórki i potas do komórki. Duży procent ATP komórki jest zużywany na zasilanie tej pompy, ponieważ procesy komórkowe regularnie importują duże ilości sodu do komórki i eksportują duże ilości potasu z komórki. Pompa stale pracuje nad stabilizacją stężeń sodu i potasu w komórkach. Aby pompa mogła obrócić się w jednym cyklu (eksportując trzy jony Na+ i importując dwa jony K+), jedna cząsteczka ATP musi zostać zhydrolizowana. Kiedy ATP jest hydrolizowany, jego fosforan gamma jest przenoszony na białko pompy.

Ten proces wiązania grupy fosforanowej z cząsteczką nazywa się fosforylacją. Podobnie jak w większości przypadków hydrolizy ATP, fosforan z ATP jest przenoszony na inną cząsteczkę. W stanie fosforylacji pompa Na+/K+ ma więcej swobodnej energii i jest wyzwalana do zmiany konformacyjnej. Ta zmiana pozwala mu uwolnić Na+ na zewnątrz komórki. Następnie wiąże zewnątrzkomórkowy K+, który poprzez kolejną zmianę konformacyjną powoduje odłączenie się fosforanu od pompy. To uwalnianie fosforanu powoduje, że K+ jest uwalniany do wnętrza komórki. Zasadniczo energia uwalniana w wyniku hydrolizy ATP jest sprzężona z energią potrzebną do zasilania pompy i transportu jonów Na+ i K+. ATP wykonuje pracę komórkową przy użyciu tej podstawowej formy sprzężenia energii poprzez fosforylację.

Często podczas komórkowych reakcji metabolicznych, takich jak synteza i rozpad składników odżywczych, pewne cząsteczki muszą nieznacznie zmienić swoją konformację, aby stać się substratami dla następnego kroku w serii reakcji. Jednym z przykładów jest glikoliza, pierwsze etapy oddychania komórkowego. W tym pierwszym etapie ATP jest wymagane do fosforylacji glukozy, tworząc wysokoenergetyczny, ale niestabilny produkt pośredni. Ta reakcja fosforylacji napędza zmianę konformacyjną, która umożliwia fosforylowanej cząsteczce glukozy przekształcenie się w fosforylowaną cukier fruktozę. Fruktoza jest niezbędnym produktem pośrednim, aby glikoliza mogła postępować. W tym przypadku reakcja egzergoniczna hydrolizy ATP w połączeniu z endergoniczną reakcją fosforylacji glukozy stanowi etap pośredni w szlaku. Po raz kolejny energia uwolniona przez zerwanie wiązania fosforanowego w ATP została wykorzystana do fosforylacji innej cząsteczki, tworząc niestabilny produkt pośredni i napędzając ważną zmianę konformacyjną.

Ten tekst jest adaptacją <a href=”https://openstax.org/books/biology-2e/pages/6-4-atp-adenosine-triphosphate”>Openstax, Biology 2e, Section 6.4:ATP: Adenozynotrifosforan

Transcript

Adenozynotrójfosforan lub ATP jest najważniejszą walutą energetyczną, która zasila kilka procesów biochemicznych wewnątrz żywej komórki.

ATP to związek organiczny, który składa się z cząsteczki adenozyny reprezentowanej jako A, związanej z trzema grupami fosforanowymi reprezentowanymi przez literę P. Trzy fosforany są połączone ze sobą dwoma wysokoenergetycznymi wiązaniami bezwodnika fosforowego. Hydroliza tych wiązań może przynieść około 46 do 54 kilodżuli na mol swobodnej energii, w zależności od warunków wewnątrzkomórkowych.

Ponieważ przyłączenie grupy fosforanowej do cząsteczki ADP jest energetycznie niekorzystne, komórki czerpią energię z fotosyntezy lub oddychania komórkowego, tworząc wiązanie bezwodnikowe między ADP a trzecią grupą fosforanową.

I odwrotnie, w zależności od zapotrzebowania na energię, ATP jest hydrolizowany do nieorganicznego fosforanu i cząsteczki ADP. Ta energetycznie korzystna reakcja jest sprzężona z innymi niekorzystnymi reakcjami, w których uwolniony fosforan jest przenoszony do reagenta w celu utworzenia nowego produktu.

Dodatkowo energia uwalniana z hydrolizy ATP zasila pompy, które przemieszczają substancje rozpuszczone przez błony, a także zasila skurcze mięśni i szlaki transmisji sygnałów neuronalnych.

Key Terms and definitions​

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for