ATP (ADENOSINE TRIPHOSPHATE): STRUKTUR, FUNGSI, HIDROLISIS - BIOLOGI - 2025

The ATP (adenosin trifosfat) adalah molekul organik dengan ikatan energi tinggi yang dibentuk oleh cincin adenin, ribosa dan tiga gugus fosfat. Ini memiliki peran mendasar dalam metabolisme, karena ia mengangkut energi yang diperlukan untuk menjaga serangkaian proses seluler bekerja secara efisien.

Ia dikenal luas dengan istilah "mata uang energi", karena pembentukan dan penggunaannya terjadi dengan mudah, memungkinkannya dengan cepat "membayar" reaksi kimia yang membutuhkan energi.

Sumber: Oleh Pengguna: Mysid (Buatan sendiri di bkchem; diedit di perl.), Via Wikimedia Commons

Meskipun molekul dengan mata telanjang kecil dan sederhana, ia menyimpan sejumlah besar energi dalam ikatannya. Gugus fosfat memiliki muatan negatif, yang berada dalam tolakan konstan, menjadikannya ikatan labil yang mudah putus.

Hidrolisis ATP adalah pemecahan molekul dengan adanya air. Dengan proses ini energi yang terkandung dilepaskan.

Ada dua sumber utama ATP: fosforilasi pada tingkat substrat dan fosforilasi oksidatif, yang terakhir menjadi yang paling penting dan paling banyak digunakan oleh sel.

Fosforilasi oksidatif memasangkan oksidasi FADH ₂ dan NADH + H ⁺ di mitokondria dan fosforilasi pada tingkat substrat terjadi di luar rantai transpor elektron, dalam jalur seperti glikolisis dan siklus asam trikarboksilat.

Molekul ini bertanggung jawab untuk menyediakan energi yang diperlukan untuk sebagian besar proses yang terjadi di dalam sel, dari sintesis protein hingga penggerak. Selain itu, memungkinkan lalu lintas molekul melalui membran dan bertindak dalam pensinyalan sel.

Struktur

ATP, seperti namanya, adalah nukleotida dengan tiga fosfat. Struktur khususnya, khususnya dua ikatan pirofosfat, menjadikannya senyawa yang kaya energi. Ini terdiri dari elemen-elemen berikut:

- Basa nitrogen, adenin. Basa nitrogen adalah senyawa siklik yang mengandung satu atau lebih nitrogen dalam strukturnya. Kami juga menemukannya sebagai komponen dalam asam nukleat, DNA, dan RNA.

- Ribose terletak di tengah molekul. Ini adalah gula jenis pentosa, karena memiliki lima atom karbon. Rumus kimianya adalah C ₅ H ₁₀ O ₅ . Karbon 1 ribosa dilekatkan pada cincin adenin.

- Tiga radikal fosfat. Dua yang terakhir adalah "ikatan energi tinggi" dan diwakili dalam struktur grafis dengan simbol kemiringan: ~. Gugus fosfat adalah salah satu yang paling penting dalam sistem biologis. Ketiga kelompok tersebut disebut alfa, beta, dan gamma, dari yang terdekat hingga yang terjauh.

Kaitan ini sangat labil, sehingga membelah dengan cepat, mudah, dan spontan ketika kondisi fisiologis tubuh membenarkannya. Ini terjadi karena muatan negatif ketiga gugus fosfat terus-menerus mencoba menjauh satu sama lain.

fitur

ATP memainkan peran yang sangat diperlukan dalam metabolisme energi di hampir semua organisme hidup. Oleh karena itu, ini sering disebut sebagai mata uang energi, karena dapat terus digunakan dan diisi ulang hanya dalam beberapa menit.

Secara langsung atau tidak langsung, ATP menyediakan energi untuk ratusan proses, selain berperan sebagai donor fosfat.

Secara umum, ATP bertindak sebagai molekul pensinyalan dalam proses yang terjadi di dalam sel, perlu untuk mensintesis komponen DNA dan RNA dan untuk sintesis biomolekul lain, ia berpartisipasi dalam perdagangan melalui membran, antara lain.

Penggunaan ATP dapat dibagi menjadi beberapa kategori utama: pengangkutan molekul melalui membran biologis, sintesis berbagai senyawa dan terakhir, kerja mekanis.

Fungsi ATP sangat luas. Lebih jauh, itu terlibat dalam begitu banyak reaksi sehingga tidak mungkin untuk menyebutkan semuanya. Oleh karena itu, kami akan membahas tiga contoh khusus untuk memberikan contoh masing-masing dari tiga penggunaan yang disebutkan.

Suplai energi untuk transpor natrium dan kalium melintasi membran

Sel adalah lingkungan yang sangat dinamis yang membutuhkan pemeliharaan konsentrasi tertentu. Kebanyakan molekul tidak memasuki sel secara acak atau kebetulan. Untuk masuknya molekul atau zat, itu harus dilakukan oleh transporter spesifiknya.

Transporter adalah protein yang merentang membran yang berfungsi sebagai "penjaga gerbang" sel, mengontrol aliran bahan. Oleh karena itu, membran bersifat semi permeabel: memungkinkan senyawa tertentu masuk dan yang lainnya tidak.

Salah satu transpor paling terkenal adalah pompa natrium-kalium. Mekanisme ini diklasifikasikan sebagai transpor aktif, karena pergerakan ion terjadi melawan konsentrasinya dan satu-satunya cara untuk melakukan gerakan ini adalah dengan memasukkan energi ke dalam sistem, dalam bentuk ATP.

Diperkirakan sepertiga dari ATP yang terbentuk di dalam sel digunakan untuk menjaga pompa tetap aktif. Ion natrium dipompa keluar secara konstan dari sel, sedangkan ion kalium dipompa ke arah sebaliknya.

Logikanya, penggunaan ATP tidak terbatas pada pengangkutan natrium dan kalium. Ada ion lain, seperti kalsium, magnesium, yang perlu dimasuki mata uang energi ini.

Partisipasi dalam sintesis protein

Molekul protein terdiri dari asam amino, dihubungkan bersama oleh ikatan peptida. Untuk membentuknya dibutuhkan pemutusan empat ikatan energi tinggi. Dengan kata lain, sejumlah besar molekul ATP harus dihidrolisis untuk pembentukan protein dengan panjang rata-rata.

Sintesis protein terjadi dalam struktur yang disebut ribosom. Ini mampu menafsirkan kode yang dimiliki oleh messenger RNA dan menerjemahkannya menjadi urutan asam amino, proses yang bergantung pada ATP.

Dalam sel yang paling aktif, sintesis protein dapat mengarahkan hingga 75% ATP yang disintesis dalam pekerjaan penting ini.

Di sisi lain, sel tidak hanya mensintesis protein, tetapi juga membutuhkan lipid, kolesterol, dan zat esensial lainnya dan untuk itu dibutuhkan energi yang terkandung dalam ikatan ATP.

Berikan energi untuk penggerak

Pekerjaan mekanis adalah salah satu fungsi terpenting ATP. Misalnya, agar tubuh kita dapat melakukan kontraksi serabut otot, diperlukan ketersediaan energi dalam jumlah besar.

Dalam otot, energi kimia dapat diubah menjadi energi mekanik berkat reorganisasi protein dengan kemampuan berkontraksi yang membentuknya. Panjang struktur ini dimodifikasi, diperpendek, yang menciptakan ketegangan yang diterjemahkan ke dalam generasi gerakan.

Pada organisme lain, pergerakan sel juga terjadi berkat adanya ATP. Misalnya, pergerakan silia dan flagela yang memungkinkan terjadi perpindahan organisme uniseluler tertentu melalui penggunaan ATP.

Gerakan khusus lainnya adalah gerakan amuba yang melibatkan penonjolan pseudopoda di ujung sel. Beberapa jenis sel menggunakan mekanisme penggerak ini, termasuk leukosit dan fibroblas.

Dalam kasus sel germinal, penggerak sangat penting untuk perkembangan embrio yang efektif. Sel embrio menempuh jarak penting dari tempat asalnya ke wilayah tempat mereka harus berasal dari struktur tertentu.

Hidrolisis

Hidrolisis ATP adalah reaksi yang melibatkan pemecahan molekul dengan adanya air. Reaksinya direpresentasikan sebagai berikut:

ATP + Air ⇋ ADP + P _i + energi. Di mana, istilah P _i mengacu pada gugus fosfat anorganik dan ADP adalah adenosin difosfat. Perhatikan bahwa reaksinya dapat dibalik.

Hidrolisis ATP adalah fenomena yang melibatkan pelepasan energi dalam jumlah besar. Pemutusan salah satu ikatan pirofosfat menghasilkan pelepasan 7 kkal per mol - khususnya 7,3 dari ATP ke ADP dan 8,2 untuk produksi adenosin monofosfat (AMP) dari ATP. Ini setara dengan 12.000 kalori per mol ATP.

Mengapa pelepasan energi ini terjadi?

Karena produk hidrolisis jauh lebih stabil dari pada senyawa awal yaitu ATP.

Perlu disebutkan bahwa hanya hidrolisis yang terjadi pada ikatan pirofosfat yang menimbulkan pembentukan ADP atau AMP mengarah pada pembangkitan energi dalam jumlah yang signifikan.

Hidrolisis ikatan lain dalam molekul tidak memberikan banyak energi, kecuali hidrolisis pirofosfat anorganik, yang memiliki energi dalam jumlah besar.

Pelepasan energi dari reaksi ini digunakan untuk melakukan reaksi metabolik di dalam sel, karena banyak dari proses ini membutuhkan energi untuk berfungsi, baik dalam langkah awal rute degradasi maupun dalam biosintesis senyawa. .

Misalnya, dalam metabolisme glukosa, langkah awal melibatkan fosforilasi molekul. Langkah-langkah selanjutnya dihasilkan ATP baru untuk memperoleh laba bersih yang positif.

Dari sudut pandang energi, ada molekul lain yang energi pelepasannya lebih besar daripada ATP, termasuk 1,3-bifosfogliserat, karbamilfosfat, kreatinin fosfat, dan fosfoenolpiruvat.

Mendapatkan ATP

ATP dapat diperoleh dengan dua cara: fosforilasi oksidatif dan fosforilasi pada tingkat substrat. Yang pertama membutuhkan oksigen sedangkan yang kedua tidak. Sekitar 95% dari ATP yang terbentuk terjadi di mitokondria.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif melibatkan proses oksidasi nutrisi dua fase: memperoleh koenzim tereduksi NADH dan FADH _{2 yang} berasal dari vitamin.

Pengurangan molekul ini membutuhkan penggunaan hidrogen dari nutrisi. Dalam lemak, produksi koenzim luar biasa, berkat banyaknya hidrogen yang mereka miliki dalam strukturnya, dibandingkan dengan peptida atau karbohidrat.

Meskipun ada beberapa jalur produksi koenzim, jalur terpenting adalah siklus Krebs. Selanjutnya, koenzim tereduksi terkonsentrasi di rantai pernapasan yang terletak di mitokondria, yang mentransfer elektron ke oksigen.

Rantai transpor elektron terdiri dari serangkaian protein berpasangan membran yang memompa proton (H +) ke luar (lihat gambar). Proton ini masuk dan melewati membran lagi melalui protein lain, ATP sintase, yang bertanggung jawab untuk sintesis ATP.

Dengan kata lain, kita harus mengurangi koenzim, lebih banyak ADP dan oksigen menghasilkan air dan ATP.

Sumber: Oleh Bustamante Yess, dari Wikimedia Commons

Fosforilasi tingkat substrat

Fosforilasi pada tingkat substrat tidak sepenting mekanisme yang dijelaskan di atas dan, karena tidak memerlukan molekul oksigen, sering dikaitkan dengan fermentasi. Dengan cara ini, meskipun sangat cepat, mengekstrak sedikit energi, jika kita membandingkannya dengan proses oksidasi akan menjadi sekitar lima belas kali lebih sedikit.

Dalam tubuh kita, proses fermentasi terjadi di tingkat otot. Jaringan ini dapat berfungsi tanpa oksigen, jadi ada kemungkinan molekul glukosa terdegradasi menjadi asam laktat (saat kita melakukan aktivitas olahraga yang melelahkan, misalnya).

Dalam fermentasi, produk akhir masih memiliki potensi energi yang dapat diekstraksi. Dalam kasus fermentasi di otot, karbon dalam asam laktat berada pada tingkat reduksi yang sama dengan molekul awal: glukosa.

Jadi, produksi energi terjadi dengan pembentukan molekul yang memiliki ikatan energi tinggi, termasuk 1,3-bifosfoglikat dan fosfoenolpiruvat.

Dalam glikolisis, misalnya, hidrolisis senyawa ini terkait dengan produksi molekul ATP, oleh karena itu disebut "di tingkat substrat".

Siklus ATP

ATP tidak pernah disimpan. Itu ada dalam siklus penggunaan dan sintesis yang berkelanjutan. Ini menciptakan keseimbangan antara ATP yang terbentuk dan produk terhidrolisisnya, ADP.

Sumber: Oleh Muessig, dari Wikimedia Commons

Molekul energi lainnya

ATP bukan satu-satunya molekul yang terdiri dari nukleosida bifosfat yang ada dalam metabolisme sel. Ada sejumlah molekul dengan struktur yang mirip dengan ATP yang memiliki perilaku energi yang sebanding, meskipun tidak sepopuler ATP.

Contoh yang paling menonjol adalah GTP, guanosine triphosphate, yang digunakan dalam siklus Krebs yang terkenal dan jalur glukoneogenik. Lainnya yang jarang digunakan adalah CTP, TTP dan UTP.

Referensi

1. Guyton, AC, & Hall, JE (2000). Buku teks fisiologi manusia.
2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall Risalah Tentang Fisiologi Medis. Elsevier Brasil.
3. Hernandez, AGD (2010). Risalah tentang gizi: Komposisi dan mutu gizi pangan. Panamerican Medical Ed.
4. Lim, MY (2010). Yang penting dalam metabolisme dan nutrisi. Elsevier.
5. Pratt, CW, & Kathleen, C. (2012). Biokimia. Editorial El Manual Moderno.
6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Dasar-dasar Biokimia. Editorial Médica Panaméricana.