Kémia | Biokémia » Az ATP központi szerepe a sejtek energiaháztartásában

BIOKÉMIA I. – BIOENERGETIKA Az ATP központi szerepe a sejtek energiaháztartásában  Az ATP szerepe       Az ATP és a többi nukeozid-trifoszfát viszonylag stabil molekula. Fiziológiai körülmények között enzimek hatására defoszforilálódnak, illetve bomlanak le. Az ADP/ATP ciklus központi jelentőségű. Az ATP intracelluláris koncentrációja 2-10 mmol/l. Nyugalomban egy 70 kg-os férfi 24 óra alatt kb 145 kg ATP-t „fogyaszt”, azaz alakít át ADP-vé és P i -vé. Ezt a szervezet úgy valósítja meg, hogy kb. 51 g ATP áll rendelkezésre Az ATPkészlet így „nyugalomban” mintegy 30 másodpercre elég; a szükséglet kb 0,1 kg/perc. Kiszámítható, hogy naponta 3000-szer kell az ADP-molekulának újra foszforilálódnia. Az ATP folyamatosan felhasználódik és újratermelődik. Az ADP/ATP arány meghatározza a sejt energiaállapotát, az

egész metabolizmus sebességét és irányát. Az adenilát rendszer kiemelkedő fontosságú a foszforilcsoport-transzferben. A rendszer kapacitását az energiatöltéssel is jellemzik: energiatöltés      1 2  ATP   ADP   2 ATP   ADP    AMP A nevező a teljes adenilátkészlet (pool), a számláló a magas csoportátviteli potenciálú (makroerg) savanhidridkötések száma a poolban: 1 molekula ATP-ben 2, egy molekula ADP-ben 1. Az energiatöltés értéke így 1-0 között ingadozhat; ha minden adenilát ATP lenne, akkor 1, ha minden AMP, akkor 0. Aerob körülmények között legnagyobb mennyiségben ADP a mitokondriumban, a terminális oxidációhoz kapcsoltan az oxidatív foszforiláció során foszforilálódik ATP-vé. Az ATP, mint foszfátdonor képes átadni a terminális foszfátcsoportot. Ilyen típusú reakciók során „alacsony energiájú” foszfátvegyületek keletkeznek. Klasszikus példája e

kapcsolt reakcióknak a glukóz foszforlációja, amely a glikolízis első lépése: glukóz + P i  gl-6-P + H 2 O ΔG0’ = +13,8 kJ/mol   Ez a reakció endergonikus, tehát spontán nem megy végbe, azonban hozzákapcsolható egy másik exergonikus reakció: ATP + H 2 O  ADP + P i ΔG0’ = -30,5 kJ/mol A két reakció a sejtekben a hexokináz enzim segítségével kapcsolódik: glukóz + ATP  gl-6-P + ADP ΔG0’ = -16,7 kJ/mol BIOKÉMIA I. – BIOENERGETIKA        A kapcsolt reakció végbemegy, sőt eléggé exergonikus ahhoz, hogy a sejtben gyakorlatilag irreverzibilis legyen. Az ilyen típusú reakciók funkciója különböző Számos folyamatban a foszforilációs reakció az első, elkötelező, „aktiváló” lépés, akár katabolikus út esetében is. Az ATP nemcsak bioszintetikus reakciókban energiadonor. A transzportfolymatok egy

része igen jelentős energiafogyasztók. Például az emberi vesében, illetve agyban az energiafelhasználás mintegy fele, esetenként kétharmada a Na+/K+ATPáz működését fedezi, amely a K+ és a Na+ koncentrációgrádiens ellenében történő transzportját teszi lehetővé. Az ATP kötődése egy fehérjéhez, majd hidrolízise ADP-re, illetve P i -ra és az ezt követő fehérjekonformáció-változás az alapja a kontraktilitásnak, a mechanikai mozgásnak. Az ATP-nek nincsen energiaraktározó funkciója. Ezt a szerepet elsősorban az izomszövetben és az agyban a keratin-foszfát tölti be. A keratin ATP terhére keratin-foszfáttá foszforilálódik. Keratin-foszfát formájában tárolt energia közvetlenül mobilizálható. Az ADP/ATP ugyan a legfontosabb foszforildonor, illetve akceptor, de nem az egyetlen. Más nukleozid-trifoszfátok is szerpelnek foszforil-, illetve végsősoron energiadonorként a különböző kapcsolt reakciókban: pl. a glukoneogenezisben, a

fehérjeszintézisben GTP, a szénhidrátszintézisben általában UTP, lipidszintézisben CTP. Ezekben a reakciókban keletkező GDP, UDP és CDP foszforilációja azonban ATP terhére történik