ATP - Zusammenfassung Allgemeine Biologie PDF

Preview

Summary

ATP - Zusammenfassung...

Description

ATP Eine weitere chemische Verbindung, mit der wir vertraut werden müssen, ist Adenosintriphosphat (ATP). Die hauptsächliche zelluläre Rolle von ATP ist als ein "kurzfristiges" Energieübertragungsgerät für die Zelle. Die Hydrolysereaktionen, die eines oder mehrere der ATPPhosphate freisetzen, sind exergonisch und viele, viele zelluläre Proteine haben sich so entwickelt, dass sie mit ATP in einer Weise wechselwirken, die den Energietransfer von der Hydrolyse zu unzähligen anderen zellulären Funktionen erleichtert. Auf diese Weise wird ATP oft als "Energiewährung" der Zelle bezeichnet - es hat vernünftige Werte für die Energieübertragung an oder von sich selbst und kann diese Energie zwischen vielen potenziellen Spendern und Akzeptoren austauschen. Wir werden viele Beispiele von ATP "bei der Arbeit" in der Zelle sehen - dies sind nur einige Beispiele für die vielen Rollen für ATP.

ATP Struktur und Funktion Im Herzen von ATP ist das Nukleotid Adenosinmonophosphat (AMP). Wie die anderen Nukleotide besteht AMP aus einer stickstoffhaltigen Base (einem Adeninmolekül), die an ein Ribosemolekül und eine einzelne Phosphatgruppe gebunden ist. Die Zugabe einer zweiten Phosphatgruppe zu diesem Kernmolekül führt zur Bildung von Adenosindiphosphat (ADP); die Zugabe einer dritten Phosphatgruppe bildet Adenosintriphosphat (ATP). Die Phosphorylierung oder Kondensation von Phosphatgruppen an AMP ist ein endergonischer Prozess. Im Gegensatz dazu ist

die Hydrolyse von ein oder zwei Phosphatgruppen aus ATP, ein Prozess, der Dephosphorylierung genannt wird, exergonisch. Warum? Erinnern wir uns, dass sich die Begriffe endergonisch und exergonisch auf das Vorzeichen der Differenz der freien Energie einer Reaktion zwischen den Produkten und Reaktanten beziehen, ΔG. In diesem Fall ordnen wir der Reaktion explizit Richtung zu, entweder in Richtung der Phosphorylierung oder Dephosphorylierung des Nukleotids. In der Phosphorylierungsreaktion sind die Reaktanten das Nukleotid und ein anorganisches Phosphat, während die Produkte ein phosphoryliertes Nukleotid und WATER sind. In der Dephosphorylierungs / Hydrolysereaktion sind die Reaktanten das phosphorylierte Nucleotid und WASSER, während die Produkte anorganisches Phosphat und das Nucleotid minus ein Phosphat sind. Da freie Gibbs-Energie eine Zustandsfunktion ist, spielt es keine Rolle, wie die Reaktion abläuft. Sie betrachten nur die Anfangs- und Endzustände. Betrachten wir zum Beispiel die Hydrolyse von ATP. Die Reaktanden ATP und Wasser sind durch ihre atomare Zusammensetzung charakterisiert und die Arten von Bindungen zwischen den konstituierenden Atomen und etwas freie Energie können mit jeder der Bindungen und ihren möglichen Konfigurationen assoziiert werden - ebenso für die Produkte. Wenn wir die Reaktion vom Standpunkt der Produkte und Reaktanten untersuchen und fragen: "Wie können wir Atome und Bindungen in den Reaktanten rekombinieren, um die Produkte zu erhalten?", Finden wir, dass eine Phosphoanhydrid - Bindung zwischen einem Sauerstoff und einem Phosphor gebrochen werden muss ATP, eine Bindung zwischen einem Sauerstoff und Wasserstoff im Wasser gebrochen, eine Verbindung zwischen dem OH (das von der Spaltung von Wasser kam) und dem Phosphor (von dem freien

PO3-2), und eine Bindung muss zwischen dem H gebildet werden (abgeleitet von der Spaltung von Wasser) und der terminale Sauerstoff an dem phosphorylierten Nukleotid. Die Summe der Änderungen der Energien, die mit all diesen Bindungsumlagerungen verbunden sind (einschließlich derjenigen, die direkt mit Wasser assoziiert sind), macht diese Reaktion exergonisch. Eine ähnliche Analyse könnte mit der umgekehrten Reaktion durchgeführt werden. Was ist mit dem Begriff "Hochenergiebindungen", den wir so oft mit ATP assoziieren? In der Biologie bedeutet der Begriff "hochenergetische Bindung" einfach, dass die Hydrolyse der betreffenden Bindung zu einer "großen" negativen Änderung der freien Energie führt. Denken Sie daran, dass diese Änderung der freien Energie nicht nur mit der betreffenden Bindung, sondern mit der Summe aller Bindungsumlagerungen in der Reaktion zu tun hat. Was macht eine große Veränderung aus? Dies scheint eine ziemlich willkürliche Aufgabe zu sein, die normalerweise mit einer Menge an Energie verbunden ist, die mit den Arten von anabolen Reaktionen verbunden ist, die wir typischerweise in der Biologie beobachten. Wenn es etwas Besonderes an den Bindungen im ATP gibt, ist es nicht eindeutig an die freie Energie der Hydrolyse gebunden, da es viele andere Bindungen gibt, deren Hydrolyse zu größeren negativen Unterschieden in der freien Energie führt. Während der Pool von ATP / ADP recycelt werden kann, wird ein Teil der Energie, die bei den vielen Umwandlungen zwischen ATP, ADP und anderen Biomolekülen übertragen wird, ebenfalls in die Umgebung übertragen. Um zelluläre Energiepools zu erhalten, muss auch Energie aus der Umgebung übertragen werden. Woher kommt diese Energie? Die Antwort hängt sehr davon ab, wo Energie verfügbar ist und welche Mechanismen die Natur entwickelt hat, um Energie aus

der Umwelt auf molekulare Träger wie ATP zu übertragen. In fast allen Fällen hat sich der Übertragungsmechanismus jedoch zu einer Form der Redoxchemie entwickelt. In diesem und den folgenden Abschnitten beschäftigen wir uns mit einigen kritischen Beispielen des Energietransfers aus der Umwelt, Schlüsselarten der Chemie und biologischen Reaktionen, die in diesen Prozess involviert sind, und einigen wichtigen biologischen Reaktionen und zellulären Komponenten, die mit dem Energiefluss zwischen verschiedenen Teilen von das lebende System....