آدنوزین تری فسفات (ATP)

مکمل شاپ چهارشنبه 15 اردیبهشت 1400 - 21:14
آدنوزین تری فسفات (ATP)

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.

فهرست مطالب این نوشته
1. ساختار ATP
2. عملکرد‌های ATP
2.1. منبع انرژی
2.2. هدایت پیام و سیگنالینگ
2.3. سنتز DNA و RNA
2.4. مولکول‌های مشتق شده از ATP
2.5. ADP
2.6. AMP
2.7. cAMP
2.7.1. اصطلاحات مرتبط با مولکول ATP

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.

ساختمان ATP
تصویر ۱: ساختمان ATP

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.

فرایند فتوفسفوریلاسیون
تصویر ۲: فرایند فتوفسفوریلاسیون و تولید انرژی به شکل ATP

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.

فرایند تخمیر
تصویر ۳: فرایند تخمیر با گلیکولیز گلوکوز و تولید ۲ مولکول ATP همراه است که در نهایت منجر به تولید الکل می‌شود.

هدایت پیام و سیگنالینگ

سیگنالینگ
تصویر ۴: آنزیم‌های کیناز با استفاده از ATP و انجام فسفوریلاسیون فعال شده و در فرایند هدایت پیام و انتقال آن از خارج از سلول به درون سلول نقش دارند.

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.

DNA
تصویر ۵: حضور مولکول ATP در ساختمان مولکول‌ DNA

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.

چرخه ADP - ATP
تصویر ۶: چرخه ADP – ATP

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.

cAMP
تصویر ۷: مقایسه ساختمان مولکول‌های آدنوزین مونوفسفات و آدنوزین مونوفسفات حلقوی

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.
ارسال نظر
  • نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
  • تا حد امکان نظرات در مورد کیفیت و تجربه شما از مصرف این محصول باشد.