- מה זה ATP?
- בשביל מה ATP?
- איך נוצר ATP?
- גליקוליזה
- מחזור קרבס
- שרשרת הובלה של אלקטרונים וזרחון חמצוני
- חשיבות ה-ATP
אנו מסבירים מהו ATP, לשם מה הוא מיועד וכיצד נוצרת מולקולה זו. כמו כן, גליקוליזה, מחזור קרבס וזרחון חמצוני.
מה זה ATP?
בתוך הבִּיוֹכִימִיָה, ראשי התיבות ATP מציינים Adenosine Triphosphate או Adenosine Triphosphate, מולקולה אורגנית השייכת לקבוצת הנוקלאוטידים, הבסיסית למטבוליזם האנרגיה של תָא. ATP הוא מקור האנרגיה העיקרי המשמש ברוב התהליכים והתפקודים התאיים, הן בגוף האדם והן בגוף של אחרים.יצורים חיים.
השם של ATP מגיע מההרכב המולקולרי של מולקולה זו, שנוצר על ידי בסיס חנקני (אדנין) המקושר ל-אָטוֹם פחמן אחדמולקולה של סוכר פנטוז (נקרא גם ריבוז), ובתמורה עם שלושהיונים פוספטים המחוברים לאטום פחמן אחר. כל זה מתמצה בנוסחה המולקולרית של ATP: C10H16N5O13P3.
מולקולת ה-ATP התגלתה לראשונה בשנת 1929 בשריר אנושי בארצות הברית על ידי Cyrus H. Fiske ו-Yellapragada SubbaRow, ובאופן עצמאי בגרמניה על ידי הביוכימאי קארל לוהמן.
למרות שמולקולת ה-ATP התגלתה בשנת 1929, לא היה תיעוד של תפקודה וחשיבותה בשונותתהליכים של העברת אנרגיה של התא עד 1941, הודות למחקריו של הביוכימאי הגרמני-אמריקאי פריץ אלברט ליפמן (חתן פרס נובל ב-1953, יחד עם קרבס).
ראה גם:חילוף חומרים
בשביל מה ATP?
תפקידו העיקרי של ATP הוא לשמש אספקת אנרגיה בתגובות הביוכימיות המתרחשות בתוך התא, וזו הסיבה שמולקולה זו ידועה גם כ"מטבע האנרגיה" של האורגניזם.
ATP היא מולקולה שימושית להכיל לרגע את אנרגיה כימית שוחרר במהלך תהליכים מטבוליים של פירוק שלמזון, ולשחרר אותו שוב בעת הצורך כדי להניע את התהליכים הביולוגיים השונים של הגוף, כגון הובלת תאים, לקדם תגובות שצורכותאֵנֶרְגִיָה או אפילו לבצע פעולות מכניות של הגוף, כגון הליכה.
איך נוצר ATP?
בתאים, ATP מסונתז באמצעות נשימה תאית, תהליך המתרחש בתאים.מיטוכונדריה של התא. במהלך תופעה זו משתחררת האנרגיה הכימית האצורה בגלוקוז, באמצעות תהליך שלחִמצוּן שמשחררשיתוף2, H2O ואנרגיה בצורה של ATP. למרות שגלוקוז הוא המצע פר אקסלנס של תגובה זו, יש להבהיר זאתחֶלְבּוֹן וה שומנים הם יכולים גם להתחמצן ל-ATP. כל אחד מהרכיבים התזונתיים הללו מה- הַאֲכָלָה של הפרט יש מסלולים מטבוליים שונים, אך הם מתכנסים למטבוליט משותף: אצטיל-CoA, שמתחיל את מחזור קרבס ומאפשר לתהליך קבלת האנרגיה הכימית להתכנס, מכיוון שכל התאים צורכים את האנרגיה שלהם בצורה של ATP.
ניתן לחלק את תהליך הנשימה התאית לשלושה שלבים או שלבים: גליקוליזה (מסלול קודם שנדרש רק כאשר התא משתמש בגלוקוז כדלק), מחזור קרבס ושרשרת העברת האלקטרונים. בשני השלבים הראשונים מיוצרים אצטיל-CoA, CO2 ורק כמות קטנה של ATP, בעוד שבשלב השלישי של הנשימה הוא מיוצר H2O ורוב ה-ATP דרך קבוצת חלבונים הנקראת "סינתאז ATP מורכב".
גליקוליזה
כאמור, גליקוליזה היא מסלול לפני הנשימה התאית, שבמהלכו נוצרים עבור כל גלוקוז (שיש לו 6 פחמנים) שני פירובטים (א. מתחם נוצר על ידי 3 פחמנים).
שלא כמו שני השלבים האחרים של הנשימה התאית, גליקוליזה מתרחשת ב- ציטופלזמה של התא. הפירובט הנובע מהמסלול הראשון הזה חייב להיכנס למיטוכונדריה כדי להמשיך את הפיכתו לאצטיל-CoA ובכך להיות מסוגל לשמש במחזור קרבס.
מחזור קרבס
מחזור קרבס (גם מחזור חומצת לימון או מחזור חומצה טריקרבוקסילית) הוא תהליך בסיסי המתרחש במטריקס של המיטוכונדריה התאית, ומורכב מרצף של תגובה כימית מה יש לייקמַטָרָה שחרור האנרגיה הכימית הכלולה ב-Acetyl-CoA המתקבלת מעיבוד רכיבי המזון השונים של היצור החי, כמו גם השגת מבשרים של חומצות אמינו אחרות הנחוצות לתגובות ביוכימיות בעלות אופי אחר.
מחזור זה הוא חלק מתהליך הרבה יותר גדול שהוא חמצון של פחמימות, שומנים וחלבונים, שלב הביניים שלו הוא: לאחר היווצרות Acetyl-CoA עם הפחמנים של התרכובות האורגניות האמורות, ולפני זרחון חמצוני. כאשר ATP הוא " התאספו" בתגובה מזורזת על ידי אאֶנזִים נקרא ATP synthetase או ATP synthase.
מחזור קרבס פועל הודות למספר אנזימים שונים שמחמצנים לחלוטין את Acetyl-CoA ומשחררים שניים שונים מכל מולקולה מחומצנת: CO2 (פחמן דו חמצני) ו-H2O (מים). בנוסף, במהלך מחזור קרבס, נוצרת כמות מינימלית של GTP (בדומה ל-ATP) ומפחיתה כוח בצורה של NADH ו-FADH2 שישמשו לסינתזה של ATP בשלב הבא של הנשימה התאית.
המחזור מתחיל בהיתוך של מולקולת אצטיל-CoA עם מולקולת אוקסלואצטט. איחוד זה מוליד מולקולת שישה פחמנים: ציטראט. כך משתחרר קו-אנזים A. למעשה נעשה בו שימוש חוזר פעמים רבות. אם יש יותר מדי ATP בתא, שלב זה מעוכב.
לאחר מכן, הציטראט או חומצת לימון עוברים סדרה של טרנספורמציות עוקבות שייצרו ברציפות איזוציטראט, קטוגלוטראט, סוצ'יניל-CoA, סוצ'ינט, פומאראט, מאלאט ואוקסלואצטט. יחד עם מוצרים אלו, מיוצרת כמות מינימלית של GTP עבור כל מחזור קרבס שלם, תוך הפחתת הספק בצורה של NADH ו-FADH2 ו-CO2.
שרשרת הובלה של אלקטרונים וזרחון חמצוני
השלב האחרון של מעגל קצירת החומרים המזינים משתמש בחמצן ובתרכובות המיוצרות במהלך מחזור קרבס כדי לייצר ATP בתהליך הנקרא זרחון חמצוני. במהלך תהליך זה, המתרחש בממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית, NADH ו-FADH2 תורמות אלקטרונים מוביל אותם לרמה נמוכה יותר מבחינה אנרגטית. האלקטרונים הללו מתקבלים לבסוף על ידי חמצן (שבחיבור עם פרוטונים גורם להיווצרות מולקולות מים).
הצימוד בין השרשרת האלקטרונית לזרחון חמצוני פועל על בסיס שתי תגובות מנוגדות: האחת משחררת אנרגיה והשנייה משתמשת באותה אנרגיה ששוחררה לייצור מולקולות ATP, הודות להתערבות של ATP synthetase. כשהאלקטרונים "נוסעים" במורד השרשרת בסדרה של תגובות חיזור, האנרגיה המשתחררת משמשת לשאיבת פרוטונים דרך הממברנה. כאשר פרוטונים אלו מתפזרים בחזרה דרך סינתזת ATP, האנרגיה שלהם משמשת לקשירת קבוצת פוספט נוספת למולקולת ADP (אדנוזין דיפוספט), מה שמוביל ליצירת ATP.
חשיבות ה-ATP
ATP היא מולקולה בסיסית לתהליכים החיוניים של יצורים חיים, כמעביר אנרגיה כימית לתגובות שונות המתרחשות בתא, למשל, סינתזה של מקרומולקולות מורכבים ויסודיים, כמו אלה שלDNA, RNA או לסינתזת חלבון המתרחשת בתוך התא. לפיכך, ATP מספק את האנרגיה הדרושה כדי לאפשר את רוב התגובות המתרחשות בגוף.
התועלת של ATP כמולקולת "תורמת אנרגיה" מוסברת על ידי נוכחותם של קשרי פוספט, עשירים באנרגיה. אותם קשרים יכולים לשחרר כמות גדולה של אנרגיה על ידי "שבירה" כאשר ATP עובר הידרוליזה ל-ADP, כלומר כאשר הוא מאבד קבוצת פוספט עקב פעולת המים. תגובה של הִידרוֹלִיזָה ATP הוא כדלקמן:
ATP חיוני, למשל, להתכווצות השרירים.ATP הוא המפתח להובלת מקרומולקולות דרךקרום פלזמה (אקסוציטוזיס ואנדוציטוזיס תאית) וגם לתקשורת סינפטית ביןנוירונים, כך שהסינתזה המתמשכת שלו חיונית, מגלוקוז המתקבל ממזון. כזו היא חשיבותו עבור חַיִים, שהבליעה של כמה אלמנטים רעילים המעכבים תהליכי ATP, כמו ארסן או ציאניד, היא קטלנית וגורמת למוות של האורגניזם בצורה סוערת.