آدنوزین تری فسفات یا ATP چیست؟

آدنوزین تری فسفات که به عنوان ATP شناخته می‌شود، مولکولی است که انرژی درون سلول‌ها را با خود حمل می‌کند. در واقع، این مولکول واحد انرژی اصلی سلول است و محصول نهایی فرآیند‌های فتوفسفوریلاسیون (اضافه کردن یک گروه فسفات به یک مولکول با استفاده از انرژی نور)، تنفس سلولی و تخمیر محسوب می‌شود. همه موجودات زنده از ATP استفاده می‌کنند. علاوه بر اینکه ATP به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از آن در مسیر‌های انتقال سیگنال برای ارتباط بین سلولی نیز استفاده می‌شود و در طول سنتز DNA در اسید دی‌اکسی ریبونوکلئیک (DNA) نیز گنجانیده می‌شود.

ساختار ATP

در تصویر زیر، یک نمودار ساختاری از ATP نشان داده شده است. این ماده از مولکول آدنوزین (که خود از آدنین و یک قند ریبوز تشکیل شده است) و سه گروه فسفات ساخته می‌شود. این ماده در آب محلول است و به دلیل داشتن دو «پیوند فسفوآنهیدید» (Phosphoanhydride Bonds) که سه گروه فسفات را به هم متصل می‌کنند، دارای انرژی بسیار بالایی هستند.

عملکرد‌های ATP

مولکول آدنوزین تری فسفات به عنوان یکی از فراوان‌ترین و کاربردی‌ترین مولکول‌های بدن، در بسیاری از عملکردهای اساسی بدن شرکت دارد. در ادامه به معرفی برخی از مهم‌ترین عملکردهای ATP می‌پردازیم.

منبع انرژی

ATP حامل اصلی انرژی است که برای کلیه فعالیت‌های سلولی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هنگامی ‌که ATP هیدرولیز شده و به آدنوزین دی فسفات (ADP) تبدیل می‌شود، انرژی آزاد می‌کند. حذف یک گروه فسفات، انرژی برابر با 7٫3 کیلو کالری در هر مول، یا 30٫6 کیلوژول در هر مول را در شرایط استاندارد آزاد می‌کند. این میزان انرژی می‌تواند انرژی مورد نیاز تمام واکنش‌هایی که در داخل سلول اتفاق می‌افتند را تامین کند. ADP همچنین می‌تواند دوباره به ATP تبدیل شود تا انرژی لازم برای سایر واکنش‌های سلولی مجددا در دسترس قرار گیرد.

ATP از طریق چندین روش مختلف در سلول‌های بدن تولید می‌شود. «فتوفسفوریلاسیون» (Photophosphorylation) روشی خاص برای گیا‌هان و سیانوباکترها به شمار می‌آید. در این روش، ایجاد ATP از ADP با استفاده از انرژی ناشی از نور خورشید انجام می‌شود و در هنگام فرایند فتوسنتز رخ می‌دهد.

ATP همچنین از فرآیند «تنفس سلولی» (Cellular Respiration) در میتوکندری یک سلول تشکیل می‌شود. این روش تولید ATP می‌تواند از طریق تنفس هوازی باشد که در حضور اکسیژن انجام می‌شود یا تنفس بی‌هوازی که به اکسیژن احتیاج ندارد.

در  تنفس هوازی، ATP (همراه با دی اکسید کربن و آب) از گلوکز و اکسیژن تولید می‌شود. تنفس بی‌هوازی از مواد شیمیایی غیر از اکسیژن استفاده می‌کند و این فرایند در درجه اول توسط آرکی‌ها و باکتری‌هایی که در محیط‌های بی‌هوازی زندگی می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. «تخمیر» (Fermentation) یکی دیگر از روش‌های تولید ATP است که به اکسیژن احتیاج ندارد. فرایند تخمیر با تنفس بی‌هوازی متفاوت است زیرا از زنجیره انتقال الکترونی استفاده نمی‌کند. مخمر و باکتری، نمونه‌هایی از ارگانیسم‌هایی هستند که از تخمیر برای تولید ATP استفاده می‌کنند.

هدایت پیام و سیگنالینگ

ATP یک مولکول سیگنالینگ است که در بدن برای ارتباط بین سلولی استفاده می‌شود. «کیناز‌ها» (Kinases)، آنزیم‌هایی‌ هستند که مولکول‌های فسفوریلات را تشکیل می‌دهند و از ATP به عنوان منبع گروه‌های فسفات استفاده می‌کنند. کیناز‌ها برای فرایندهای انتقال سیگنال از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند، به این ترتیب این آنزیم‌ها به وسیله رسپتور یا گیرنده‌های خارج سلولی یک سیگنال فیزیکی یا شیمیایی را به داخل سلول منتقل می‌کنند. هنگامی ‌که سیگنال در داخل سلول است، سلول می‌تواند به پیام رسیده پاسخ مناسب دهد. برای سلول‌ها ممکن است سیگنال‌هایی جهت رشد، متابولیزه شدن، تمایز به انواع خاص و یا حتی مرگ سلولی فرستاده شود.

سنتز DNA و RNA

باز آلی نوکلئوتیدی آدنین بخشی از آدنوزین است، مولکولی که در ساختمان ATP وجود دارد و مستقیماً در رشته‌های مولکول RNA قرار می‌گیرد. سایر بازهای آلی موجود در RNA، سیتوزین، گوانین و اوراسیل به طور مشابه از CTP ،GTP و UTP تشکیل می‌شوند. آدنین همچنین در DNA یافت می‌شود و ترکیب آن بسیار مشابه RNA است، تنها تفاوتی که بین این دو ساختار وجود دارد، این است که ATP قبل از اینکه به عنوان بخشی از رشته DNA درون آن قرار گیرد، باید به شکل دی‌اکسی آدنوزین تری فسفات (dATP) تبدیل ‌شود.

مولکول‌های مشتق شده از ATP

ATP ،ADP ،AMP ،cAMP از جمله مولکول‌های مشتق شده از مولکول ATP به شمار می‌آیند و دارای نام‌های مشابهی مانند آدنوزین دی فسفات (ADP)، آدنوزین مونوفسفات (AMP) و آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cAMP) هستند. به منظور جلوگیری از سردرگمی، مهم است که تفاوت‌های بین این مولکول‌ها را بدانیم. در ادامه به معرفی ساختار و عملکرد هر یک از این مولکول‌ها می‌پردازیم.

ADP

آدنوزین دی فسفات (ADP) که بعضاً به عنوان آدنوزین پیروفسفات (APP) نیز شناخته می‌شود، با ATP تفاوت دارد زیرا در ساختمان این مولکول دو گروه فسفات وجود دارد. ATP با از دست دادن یک گروه فسفات به ADP تبدیل می‌شود و این عمل طی واکنش شکستن پیوند بین گروه‌های فسفات اتفاق می‌افتد و انرژی را آزاد می‌کند. مولکول ADP خود از مولکول AMP تشکیل شده است. چرخه واکنش‌های بین ADP و ATP در هنگام تنفس سلولی، انرژی لازم برای انجام فعالیت‌های سلولی را برای سلول‌ها فراهم می‌کند.

AMP

آدنوزین مونوفسفات (AMP)، همچنین به اسید آدنیلیک (Adenylic Acid) معروف است و در ساختمان مولکولی خود تنها یک گروه فسفات دارد. این مولکول در RNA یافت می‌شود و حاوی باز آلی آدنین است که بخشی از کد‌های ژنتیکی را تشکیل می‌دهد. آدنوزین مونوفسفات می‌تواند در طی واکنش ساخت ATP از دو مولکول ADP یا با هیدرولیز ATP تولید شود. AMP همچنین هنگام تجزیه RNA تشکیل می‌شود. آدنوزین مونوفسفات در مقادیر بالا می‌تواند به اسید اوریک که جزئی از ادرار است، تبدیل شده و از طریق ادرار دفع ‌شود.

cAMP

آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cAMP) از ATP مشتق شده و پیام‌رسان دیگری است که برای انتقال سیگنال و فعال‌سازی پروتئین کیناز‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مولکول می‌تواند به AMP تبدیل شود. مسیر‌های سیگنالینگ آدنوزین مونوفسفات حلقوی ممکن است در برخی سرطان‌ها مانند انواع کارسینوما نقش داشته باشند.

آدنوزین مونوفسفات حلقوی در باکتری‌ها، در واکنش‌های سوخت و ساز بدن نقش دارد. هنگامی‌ که یک سلول باکتریایی به اندازه کافی انرژی تولید نمی‌کند (به دلیل عدم وجود گلوکز کافی)، مقادیر بالایی از cAMP در سلول به وجود می‌آید و همین امر باعث می‌شود که برخی از ژن‌هایی که از مسیرهای منابع  انرژی به غیر از گلوکز استفاده می‌کنند، روشن شده و در سلول بیان شوند.

اصطلاحات مرتبط با مولکول ATP

• تنفس سلولی (Cellular Respiration): تنفس سلولی مجموعه‌ای از واکنش‌ها و فرآیندهای متابولیکی است که در سلول‌های موجودات زنده صورت می‌گیرد تا انرژی شیمیایی از مولکول‌های اکسیژن یا مواد مغذی را به آدنوزین تری فسفات (ATP) تبدیل کرده و سپس مواد زائد را آزاد کند.
• انتقال سیگنال (Signal Transduction): انتقال سیگنال‌ها و پیام‌های شیمیایی از خارج سلول به داخل سلول را انتقال سیگنال می‌نامند.
• هیدرولیز (Hydrolysis): شکستن پیوند در یک مولکول و تقسیم آن در مولکول‌های کوچک‌تر از طریق واکنشی که با تولید یک مولکول آب همراه است، هیدرولیز نامیده می‌شود.
• کیناز (Kinase): آنزیمی‌ که یک گروه فسفات را از ATP به مولکول دیگری طی واکنش فسفوریلاسیون منتقل می‌کند، کیناز نام دارد.

• نقش ATP در بدنسازی:

  یکی از مسئله های که دانستن آن برای هر فرد بدنساز لازم و ضروریست اصل تامین انرژیست که در طول تمرین هزینه میشود از کجا و چگونه تامین میشود. زمانیکه این انرژی رو به تمام است بدن انرژی لازم را از چه منبعی تامین خواهد کرد؟ منبع انرژی عضلات و کلیه سلول‌های بدن atp یا آدنوزین تری فسفات می باشد که یک ترکیب بیوشیمیایی در بدن است، که وظیفه ذخیره انرژی در بدن را برعهده دارد . ATP  معمولاً به عنوان “واحد پول انرژي” سلول شناخته مي شود، زيرا انرژي قابل تخليه را در پيوند بين گروه هاي دوم و سوم فسفات تأمين مي كند. علاوه بر تأمین انرژی، تجزیه ATP از طریق هیدرولیز طیف وسیعی از عملکردها را از جمله سیگنالینگ و سنتز DNA / RNA در سلول انجام می دهد.

  بدن یک ارگانیسم پیچیده است و به همین ترتیب برای حفظ عملکرد مناسب انرژی لازم است. آدنوزین تری فسفات (ATP) منبع انرژی برای استفاده و ذخیره سازی در سطح سلولی است. ساختار ATP نوعی نوکلئوزید تری فسفات است که متشکل از یک پایه نیتروژنی (آدنین)، یک قند ریبوز و سه گروه فسفات پیوندی سری است.

  سنتز ATP از انرژی به دست آمده از مکانیسم های کاتابولیک متعدد، از جمله تنفس سلولی، اکسیداسیون بتا و کتوز استفاده می کند. اکثر سنتز ATP در تنفس سلولی درون ماتریس میتوکندری رخ می دهد: تولید تقریباً سی و دو مولکول ATP در هر مولکول گلوکز کهاکسید شده ATP برای انرژی در فرآیندهایی از جمله حمل و نقل یون، انقباض عضله، انتشار تکانه های عصبی، فسفوریلاسیون بستر و سنتز شیمیایی مصرف می شود. این فرایندها و همچنین فرآیندهای دیگر، تقاضای زیادی برای ATP ایجاد می کنند.

  ATP باعث چه واکنش هایی در بدن ورزشکاران می شود؟

  بیان واکنش‌های دقیق و مرحله به مرحله تبدیل مواد غذایی به atp و تبدیل atp به انرژی رایج بدن و عضلات اندکی مشکل است و نیاز به داشتن پیش زمینه‌ای در ارتباط با بیوشیمی دارد اما به هر حال می‌توان این تبدیل را به صورت زیر خلاصه نمود:به صورت شیمیایی atp یک مولکول آدنین می‌باشد که سه پیوند فسفات دارد.روی هر کدام از این پیوندها فسفاتی انرژی زیادی ذخیره شده است .هنگامی که یک سلول نیاز به انرژی دارد انرژی ذخیره در atp با آزاد کردن یک پیوند انرژی سلول را تأمین می‌کند و خود به صورت adp یعنی مولکول با دو پیوند فسفر در می‌آید.برای همه واکنش‌های بیوشیمیایی عضلات ضروری و واجب است ( از جمله این واکنش‌ها می‌توان به انقباض عضلات اشاره نمود.) هنگامی که کار عضلات زیاد می‌شود و به عبارت دیگر ما از عضلاتمان انرژی بیشتری را طلب می‌کنیم بدن مابرای تأمین انرژی خود به سراغ سیستم‌های انرژی دیگر می‌رود و جالب است بدانید بر اساس نوع تمریناتی که ما انجام می‌دهیم و مدت زمانی که این تمرینات دارد سیستم‌های انرژی ما نیز تغییر می‌کند.

  Atp چگونه ساخته می شود؟

  ATP نوکلئوتیدی است که از سه ساختار اصلی تشکیل شده است: پایه نیتروژن، آدنین. شکر، ریبوز و یک زنجیره از سه گروه فسفات متصل به ریبوز. دنباله فسفات ATP منبع واقعی انرژی است که سلول از آن استفاده می کنند. انرژی موجود در پیوندهای بین فسفات ها وجود دارد و با شکستن آن ها آزاد می شود که از طریق افزودن مولکول آب (فرآیندی به نام هیدرولیز) اتفاق می افتد. معمولاً فقط فسفات خارجی برای تولید انرژی از ATP خارج می شود. وقتی این اتفاق می افتد ATP به آدنوزین دی فسفات (ADP) تبدیل می شود که فرم نوکلئوتید فقط دو فسفات دارد.

  از سه نوع سیستم بیوشیمیایی مختلف در بدن ما تأمین می‌شود که این سیستم‌ها عبارتند از :

  • سیستم فسفاژن
  • سیستم گلیکوژن – اسید لاکتیک
  • سیستم هوازی

  تاثیرات سیستم فسفاژن بر روی ATP
  

  یک سلول در اطراف خود مقداری atp راذخیره می‌کند که می‌تواند در موقع لزوم این atp ذخیره شده را به سرعت مصرف کند میزان atp ذخیره شده زیاد نمی‌باشد و تنها برای حدوداً 3 ثانیه است و برای پر کردن مجدد این atp سلول‌های عضلانی از یک ترکیب متفاوت پر انرژی به نام کراتین فسفات استفاده می‌کنند . فسفات موجود در ترکیب کراتین فسفات توسط آنزیمی به اسم کراتین کیناس جدا شده و به مولکول adp می‌چسبد ( adp یک مولکول آدنوزین با دو فسفات است ) در نتیجه مجدداً adp به atp ( آدنوزین تری فسفات ) یا همان انرژی رایج عضلات ما تبدیل می‌شود.
  اما دامه روند تبدیل و مصرف کراتین فسفات ذخیره شده باعث می‌شود تا این ذخایر نیز کاهش یابند . این روش تأمین انرژی atp و کراتین فسفات را سیستم فسفاژن می‌نامند و سیستم فسفاژن می‌تواند انرژی رایج عضلات را تا حداکثر 10 ثانیه تأمین کند مثلاً دونده‌های دو سرعت ( 100 متر ) از این سیستم استفاده می‌کنند اما یک دونده دو ماراتن هرگز نمی‌تواند به این سیستم تکیه کند.

  تاثیرات سیستم گلیکوژن – اسیدلاکتیک بر روی ATP
  

  از طرف دیگر عضلات یک منبع دیگر به نام گلیکوژن نیز دارند که از کربوهیدرات‌ها تأمین می‌شود. در حقیقت گلیکوژن شاخه‌ای از مولکول‌های گلوکز می‌باشد . یک سلول در تمرینات بی‌هوازی از این منبع انرژی استفاده کرده و برای ساختن atp و یک محصول جدیدی به نام اسید لاکتیک از گلوکز وارد عمل می‌شود . در حدود 12 فعالیت و واکنش شیمیایی انجام می‌شود تا از این روش atp تولید شود . بنابراین تأمین انرژی در این سیستم کندتر از سیستم فسفاژن می‌باشد و این سیستم می‌تواند انرژی و atp مورد نیازعضلات را تا یک و نیم دقیقه تأمین نماید . از آنجا که این روش برای تأمین انرژی بدن نیازی به وجود اکسیژن ندارد آن را سیستم تأمین انرژی بی‌هوازی نیز می‌نامنداما تولید بیش از حد اسید لاکتیک در بدن باعث کم کردن تنفس عضلات ، صدمه زدن به آن‌ها و احساس خستگی و دردناکی در عضله می‌گردد ( یک دونده دو 400 متر از این روش تذمین انرژی استفاده می‌کند .

  سیستم هوازی چگونه بر ATP تاثیر می گذارد؟
  

  سیستم هوازی یا سیستم تنفس هوازی برای تمرینات بیش از دو دقیقه می‌باشد و انرژی خود را به کمک اکسیژن تأمین می‌کند هنگامی که اکسیژن وجود دارد گلوکز می‌تواند به طور کامل شکسته شده و به دی اکسید کربن و آب تبدیل گردد و در حین این تبدیل انرژی مناسبی را نیز آزاد کند.گلوکزی که برای تأمین انرژی عضلات مصرف می‌گردد از سه جای مختلف و به سه روش مختلف تأمین می‌شود :

  • از گلیکوژن ذخیره شده در عضلات که هنوز باقی مانده‌اند.
  • از شکسته شدن گلیکوژن ذخیره شده در کبد و تبدیل آن به گلوکز که این گلوکز در خون آزاد شده و در اختیار عضلات ما قرار می‌گیرند.
  • از طریق جذب گلوکز از غذاها که کمک می‌کند این گلوکز از طریق جذب روده‌ای وارد سیستم جریان خون ما شده و در اختیار عضلات قرار می‌گیرد .

  این سیستم انرژی می‌تواند به جای گلوکز اسیدهای چربی که از منابع چربی بدست می‌آیند را نیز به عنوان منبع تأمین انرژی استفاده نماید . همچنین پروتئین و منابع آن می‌توانند به اسیدهای آمینه تبدیل شده و در تولید atp شرکت کنند ( ما به طور کلی سیستم تأمین انرژی هوازی ابتدا از منابع کربوهیدراتی ، سپس از متابع چربی و درآخر از منابع پروتئینی جهت تأمین انرژی همچون دوهای 25 دقیقه‌ای استفاده می‌کنیم . از این روش ابتدا تا 13 یا 14 دقیقه اول کربوهیدرات ذخیره شده در بدن ( گلیکوژن ) استفاده شده و پس از آن از 15 تا 25 دقیقه چربی ‌ها به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گرفته و می‌سوزند.

  تاثیر atp  بر بدن ورزشکار چیست؟

  ورزشکارانی که فرآیندهای متابولیکی آن ها باید هر روز در سطح مطلوبی انجام شود، به رژیم غذایی نیاز دارند که شامل ویتامین ها، مواد معدنی، مواد مغذی کمیاب و پروتئین های با کیفیت بالا باشد. مواد غذایی در حالت طبیعی و فرآوری نشده خود را می توان به مواد مغذی بسیار قابل دسترس و بلوک های ساختمانی تقسیم کرد.

  از آنجا که ATP برای واکنشهای بیوشیمیایی درگیر در هرگونه انقباض عضله مورد نیاز است، مقادیر بیشتری ATP در دورههایی با نیازهای عضلانی زیاد، مانند ورزش شدید، مصرف می شود و برای حرکت عضلات باید جایگزین شود.برای تسهیل این روند، آدنوزین با تحریک سنتز پروستاگلاندین و اکسید نیتریک به تنظیم جریان خون عضله اسکلتی کمک می کند.

  با تأثیر بر تنظیم آنژیوژنز (فرآیند فیزیولوژیکی که از طریق آن رگهای خونی جدید از عروق قبلی تشکیل می شود)، آدنوزین ممکن است تأثیر مهمی در پاسخ سازگاری بدن به ورزش داشته باشد. روش های مختلف آموزشی رایج ، مانند دوچرخه سواری و تمرین با فاصله، ممکن است سطح آدنوزین را افزایش دهد و در نتیجه ممکن است پاسخ مکانیسم های سازگار تحت تأثیر آدنوزین را افزایش دهد.

  به نظر می رسد آموزش دوره ای بیشترین فرصت را برای افزایش آدنوزین دارد. تولید آدنوزین به میزان انرژی و استرس و میزان آن بستگی داردکه از ATP استفاده می شود. از آنجا که این پدیده در طی دوره های تمرینی متناوب رخ می دهد، چنین سازگاری های ناشی از آدنوزین با گذشت زمان ممکن است عملکرد ورزشی را افزایش دهند.

  منبع انرژی سلول چیست؟

  در بیشتر سلولهای حیوانی، آدنوزین تری فسفات (ATP)، ترکیبی با انرژی پتانسیل بالا، به عنوان حامل اصلی انرژی شیمیایی عمل می کند. به طور کلی، انرژی برای سنتز مولکول های ATP باید از مولکول های سوخت پیچیده به دست آید. بدن انسان از سه نوع مولکول برای تأمین انرژی لازم برای تولید سنتز ATP استفاده می کند: چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها.

  میتوکندری ها محل اصلی سنتز ATP در پستانداران هستند، اگرچه برخی از ATP ها نیز در سیتوپلاسم سنتز می شوند. لیپیدها به اسیدهای چرب، پروتئین ها به اسیدهای آمینه و کربوهیدرات ها به گلوکز تجزیه می شوند. از طریق مجموعه ای از واکنش های کاهش اکسیداسیون، میتوکندری اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه و پیروات (محصول نهایی تخریب گلوکز در سیتوپلاسم) را به چندین ترکیب متوسط ​​تبدیل می کند.

  همچنین کوآنزیم های حامل الکترون کاهش یافته NADH و FADH2 واسطه ها وارد چرخه تریکاربوکسیلیک اسید (TCA) می شوند و باعث ایجاد NADH و FADH2 می شوند. این الکترونها را کاهش می دهد. حامل ها از طریق زنجیره انتقال الکترون با مصرف همزمان اکسیژن و سنتز ATP اکسید می شوند.

  این فرآیند فسفوریلاسیون اکسیداتیو نامیده می شود. بیش از صد مولکول ATP از اکسیداسیون کامل یک مولکول اسید چرب سنتز می شود و تقریباً چهل مولکول ATP از اسید آمینه و اکسیداسیون پیروات حاصل می شود. از طریق تبدیل مولکول های گلوکز به پیروات، دو مولکول ATP در سیتوپلاسم سنتز می شوند. هم دستگاه (آنزیم ها) و هم محیط فیزیکی لازم برای اکسیداسیون این مولکول ها در میتوکندری ها موجود است.