ATP Adenosintriphosphat PDF

Preview

Summary

ATP Adenosintriphosphat...

Description

ATP: Adenosintriphosphat endergonische Reaktionen, die viel mehr Energie benötigen, weil ihre Produkte mehr freie Energie haben als ihre Reaktionspartner. Woher kommt in der Zelle die Energie, um solche Reaktionen anzutreiben? Die Antwort liegt bei einem Energie liefernden Molekül namens Adenosintriphosphat oder ATP. ATP ist ein kleines, relativ einfaches Molekül (Abbildung), aber innerhalb einiger seiner Bindungen enthält es das Potenzial für einen schnellen Energieschub, der für die zelluläre Arbeit genutzt werden kann. Dieses Molekül kann als primäre Energiewährung von Zellen angesehen werden, ähnlich wie Geld die Währung ist, die Menschen für Dinge austauschen, die sie brauchen. ATP wird verwendet, um die Mehrheit der Energie erfordernden zellulären Reaktionen anzutreiben. Wie der Name vermuten lässt, besteht Adenosintriphosphat aus Adenosin, das an drei Phosphatgruppen gebunden ist (Abbildung). Adenosin ist ein Nukleosid, das aus der stickstoffhaltigen Base Adenin und einem Fünf-Kohlenstoff-Zucker, Ribose, besteht. Die drei Phosphatgruppen sind in der Reihenfolge, die dem Ribosezucker am nächsten liegt, alpha-, beta- und gamma-markiert. Zusammen bilden diese chemischen Gruppen ein Energiekraftwerk. Nicht alle Bindungen innerhalb dieses Moleküls existieren jedoch in einem besonders energiereichen Zustand. Beide Bindungen, die die Phosphate verbinden, sind ebenso hochenergetische Bindungen (Phosphoanhydrid-Bindungen), die, wenn sie gebrochen sind, genügend Energie freisetzen, um eine Vielzahl von zellulären Reaktionen und Prozessen anzutreiben. Diese hochenergetischen Bindungen sind die Bindungen zwischen der zweiten und dritten (oder Beta und Gamma) Phosphatgruppe und zwischen der ersten und der zweiten Phosphatgruppe. Der Grund, warum diese Bindungen als "hochenergetisch"

angesehen werden, liegt darin, dass die Produkte einer solchen Bindungsspaltung - Adenosindiphosphat (ADP) und eine anorganische Phosphatgruppe (Pi) - wesentlich weniger freie Energie aufweisen als die Reaktanden: ATP und ein Wassermolekül. Da diese Reaktion unter Verwendung eines Wassermoleküls stattfindet, wird sie als Hydrolysereaktion angesehen. Mit anderen Worten, ATP wird in der folgenden Reaktion zu ADP hydrolysiert: ATP + H 2 O → ADP + P i + freie Energie ATP + H2O → ADP + Pi + freie EnergieATP + H2O → ADP + Pi + freie Energiegröße 12 {{ATP} Wie bei den meisten chemischen Reaktionen ist die Hydrolyse von ATP zu ADP reversibel. Die umgekehrte Reaktion regeneriert ATP aus ADP + Pi. In der Tat verlassen sich Zellen auf die Regeneration von ATP, genau wie Menschen sich auf die Regeneration von ausgegebenem Geld durch irgendeine Art von Einkommen verlassen. Da die ATP-Hydrolyse Energie freisetzt, muss die ATP-Regeneration einen freien Energieeintrag erfordern. Die Bildung von ATP wird in dieser Gleichung ausgedrückt: ADP + P i + freie Energie → ATP + H 2 O ADP + Pi + freie Energie → ATP + H2OADP + Pi + freie Energie → ATP + H2Osize 12 {{ATP} Zwei prominente Fragen bleiben hinsichtlich der Verwendung von ATP als Energiequelle bestehen. Wie viel freie Energie wird mit der Hydrolyse von ATP freigesetzt und wie wird diese freie Energie für zelluläre Arbeit verwendet? Das berechnete ΔG für die Hydrolyse von einem Mol ATP zu ADP und Pi beträgt -7,3 kcal / Mol (-30,5 kJ / Mol). Da diese Berechnung unter Standardbedingungen zutrifft, wäre zu erwarten, dass unter Mobilfunkbedingungen ein anderer Wert existiert. Tatsächlich ist das ΔG für die Hydrolyse von einem Mol

ATP in einer lebenden Zelle fast doppelt so hoch wie bei Standardbedingungen: ATP ist ein höchst instabiles Molekül. Sofern nicht schnell zur Durchführung von Arbeiten verwendet, dissoziiert ATP spontan zu ADP + Pi, und die dabei freigesetzte freie Energie geht als Wärme verloren. Bei metabolischen Reaktionen in der Zelle, wie der Synthese und dem Abbau von Nährstoffen, müssen bestimmte Moleküle in ihrer Konformation leicht verändert werden, um Substrate für den nächsten Schritt in der Reaktionsreihe zu werden. Ein Beispiel ist während der allerersten Schritte der Zellatmung, wenn ein Molekül der Zuckerglukose im Prozess der Glykolyse abgebaut wird. Im ersten Schritt dieses Prozesses wird ATP für die Phosphorylierung von Glucose benötigt, wodurch ein hochenergetisches, aber instabiles Intermediat entsteht. Diese Phosphorylierungsreaktion treibt eine Konformationsänderung an, die es ermöglicht, dass das phosphorylierte Glucosemolekül in den phosphorylierten Zucker Fructose umgewandelt wird. Fruktose ist ein notwendiges Zwischenprodukt für die Vorwärtsbewegung der Glykolyse. Hier ist die exergonische Reaktion der ATP-Hydrolyse gekoppelt mit der endergonischen Reaktion der Umwandlung von Glucose in ein phosphoryliertes Zwischenprodukt im Stoffwechselweg. Wiederum wurde die Energie, die durch die Spaltung einer Phosphatbindung in ATP frei wurde, für die Phosphorylierung eines anderen Moleküls verwendet, wodurch ein instabiles Intermediat entstand, das eine wichtige Konformationsänderung bewirkte....