ATP (아데노신 삼인산) : 구조, 기능, 가수 분해 - 생물학 - 2026

ATP는 (아데노신 트리 포스페이트) 아데닌, 리보오스 및 인산 세 그룹의 링에 의해 형성된 고 에너지 결합을 갖는 유기 분자이다. 일련의 세포 과정이 효율적으로 작동하도록 유지하는 데 필요한 에너지를 전달하기 때문에 신진 대사에서 근본적인 역할을합니다.

그것은 형성과 사용이 쉽게 일어나고 에너지를 필요로하는 화학 반응에 대해 신속하게 "지불"할 수 있기 때문에 "에너지 통화"라는 용어로 널리 알려져 있습니다.

출처 : 사용자 : Mysid (Bkchem에서 자체 제작, perl에서 편집), Via Wikimedia Commons

육안으로 보는 분자는 작고 단순하지만 결합에 상당한 양의 에너지를 저장합니다. 인산염 그룹은 음전하를 띠며 일정한 반발력을 가지며 쉽게 끊어지는 불안정한 결합을 만듭니다.

ATP의 가수 분해는 물의 존재에 의한 분자의 분해입니다. 이 과정에서 포함 된 에너지가 방출됩니다.

ATP에는 두 가지 주요 소스가 있습니다. 기질 수준의 인산화와 산화 적 인산화, 후자가 가장 중요하고 세포에서 가장 많이 사용됩니다.

산화 적 인산화 는 미토콘드리아에서 FADH ₂ 및 NADH + H ⁺ 의 산화를 결합하고 기질 수준의 인산화는 해당 과정 및 트리 카르 복실 산 회로와 같은 경로에서 전자 수송 사슬 외부에서 발생합니다.

이 분자는 단백질 합성에서 운동에 이르기까지 세포 내부에서 발생하는 대부분의 과정에 필요한 에너지를 제공하는 역할을합니다. 또한 세포막을 통한 분자 이동을 허용하고 세포 신호 전달에 작용합니다.

구조

이름에서 알 수 있듯이 ATP는 세 개의 인산염이있는 뉴클레오티드입니다. 그것의 특별한 구조, 특히 두 개의 피로 인산염 결합은 에너지가 풍부한 화합물을 만듭니다. 다음 요소로 구성됩니다.

-질소 염기, 아데닌. 질소 염기는 구조에 하나 이상의 질소를 포함하는 고리 형 화합물입니다. 또한 핵산, DNA 및 RNA의 구성 요소로도 발견됩니다.

-Ribose는 분자의 중심에 있습니다. 5 개의 탄소 원자를 가지고 있기 때문에 5 탄당 유형의 설탕입니다. 그것의 화학 공식은 C ₅ H ₁₀ O ₅ 입니다. 리보스의 탄소 1은 아데닌 고리에 붙어 있습니다.

-3 개의 인산 라디칼. 마지막 두 가지는 "고 에너지 결합"이며 그래픽 구조에서 기울기 기호로 표시됩니다. ~. 인산염 그룹은 생물학적 시스템에서 가장 중요한 그룹 중 하나입니다. 세 그룹은 가장 가까운 것부터 가장 먼 것까지 알파, 베타 및 감마라고합니다.

이 연결 고리는 매우 불안정하기 때문에 신체의 생리적 조건이 보증 할 때 빠르고 쉽고 자연스럽게 나뉩니다. 이것은 세 개의 인산염 그룹의 음전하가 지속적으로 서로 멀어 지려고하기 때문에 발생합니다.

풍모

ATP는 거의 모든 생물체의 에너지 대사에 없어서는 안될 역할을합니다. 이러한 이유로, 단 몇 분만에 지속적으로 소비하고 보충 할 수 있기 때문에 종종 에너지 통화라고합니다.

직간접 적으로 ATP는 인산염 기증자 역할 외에도 수백 가지 공정에 에너지를 제공합니다.

일반적으로 ATP는 세포 내부에서 일어나는 과정에서 신호 분자 역할을하며, DNA와 RNA의 성분 합성이 필요하며, 다른 생체 분자의 합성을 위해서는 특히 막.

ATP의 사용은 생물학적 막을 통한 분자 수송, 다양한 화합물의 합성 및 마지막으로 기계적 작업과 같은 주요 범주로 나눌 수 있습니다.

ATP의 기능은 매우 광범위합니다. 더욱이 그것은 너무 많은 반응에 관여하여 모두 이름을 짓는 것이 불가능할 것입니다. 따라서 언급 된 세 가지 용도 각각을 예시하기 위해 세 가지 구체적인 예를 논의 할 것입니다.

멤브레인을 통한 나트륨 및 칼륨 수송을위한 에너지 공급

세포는 특정 농도를 유지해야하는 매우 역동적 인 환경입니다. 대부분의 분자는 무작위로 또는 우연히 세포에 들어 가지 않습니다. 분자 나 물질이 들어가려면 특정 수송자가 들어가야합니다.

운반체는 물질의 흐름을 제어하는 ​​세포“게이트 키퍼”역할을하는 막에 걸친 단백질입니다. 따라서 막은 반투과성입니다. 특정 화합물은 들어가고 다른 화합물은 들어 가지 않습니다.

가장 잘 알려진 운송 수단 중 하나는 나트륨-칼륨 펌프입니다. 이온의 이동은 농도에 따라 발생하기 때문에이 메커니즘은 능동 수송으로 분류되며,이 이동을 수행하는 유일한 방법은 ATP 형태로 시스템에 에너지를 도입하는 것입니다.

셀에 형성된 ATP의 1/3은 펌프를 활성 상태로 유지하는 데 사용되는 것으로 추정됩니다. 나트륨 이온은 지속적으로 세포 밖으로 펌핑되는 반면 칼륨 이온은 역방향으로 펌핑됩니다.

논리적으로 ATP의 사용은 나트륨과 칼륨의 수송에만 국한되지 않습니다. 칼슘, 마그네슘과 같은 다른 이온은이 에너지 통화를 필요로합니다.

단백질 합성에 참여

단백질 분자는 펩타이드 결합으로 서로 연결된 아미노산으로 구성됩니다. 그것들을 형성하기 위해서는 4 개의 고 에너지 결합이 끊어 져야합니다. 즉, 평균 길이의 단백질을 형성하기 위해서는 상당한 수의 ATP 분자가 가수 분해되어야합니다.

단백질 합성은 리보솜이라는 구조에서 발생합니다. 이들은 메신저 RNA가 가지고있는 코드를 해석하고이를 ATP 의존적 과정 인 아미노산 서열로 번역 할 수 있습니다.

가장 활동적인 세포에서 단백질 합성은이 중요한 작업에서 합성 된 ATP의 75 %까지 지시 할 수 있습니다.

반면에 세포는 단백질을 합성 할뿐만 아니라 지질, 콜레스테롤 및 기타 필수 물질이 필요하며이를 위해서는 ATP 결합에 포함 된 에너지가 필요합니다.

이동을위한 에너지 제공

기계적 작업은 ATP의 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 예를 들어, 우리 몸이 근육 섬유의 수축을 수행 할 수 있으려면 많은 양의 에너지를 사용할 수 있어야합니다.

근육에서 화학 에너지는 그것을 형성하는 수축 능력을 가진 단백질의 재구성 덕분에 기계적 에너지로 변환 될 수 있습니다. 이러한 구조의 길이가 수정되고 단축되어 운동 생성으로 변환되는 긴장이 생성됩니다.

다른 유기체에서는 ATP의 존재로 인해 세포의 움직임도 발생합니다. 예를 들어, 특정 단세포 유기체의 이동을 허용하는 섬모와 편모의 움직임은 ATP를 사용하여 발생합니다.

또 다른 특별한 움직임은 세포 끝에서 위족의 돌출을 포함하는 아메바 성 움직임입니다. 백혈구 및 섬유 아세포를 포함한 여러 세포 유형이이 운동 메커니즘을 사용합니다.

생식 세포의 경우, 배아의 효과적인 발달을 위해서는 운동이 필수적입니다. 배아 세포는 원산지에서 특정 구조를 생성해야하는 영역까지 중요한 거리를 이동합니다.

가수 분해

ATP의 가수 분해는 물의 존재에 의해 분자가 분해되는 반응입니다. 반응은 다음과 같이 표시됩니다.

ATP + 물 ⇋ ADP + P _I + 에너지. 여기서, 용어 P _나 무기 인산염기를 의미하고 ADP 아데노신 디 포스페이트이다. 반응은 되돌릴 수 있습니다.

ATP의 가수 분해는 엄청난 양의 에너지를 방출하는 현상입니다. 파이로 포스페이트 결합이 끊어지면 몰당 7kcal가 방출됩니다. 특히 ATP에서 ADP로 7.3, ATP에서 아데노신 모노 포스페이트 (AMP)를 생산하는 경우 8.2가 방출됩니다. 이것은 ATP 1 몰당 12,000 칼로리에 해당합니다.

이 에너지 방출이 발생하는 이유는 무엇입니까?

가수 분해 생성물은 초기 화합물, 즉 ATP보다 훨씬 더 안정적이기 때문입니다.

피로 인산염 결합에서 발생하여 ADP 또는 AMP의 형성을 일으키는 가수 분해 만이 상당한 양의 에너지를 생성한다는 점을 언급해야합니다.

분자 내의 다른 결합의 가수 분해는 많은 양의 에너지를 갖는 무기 피로 인산염의 가수 분해를 제외하고는 많은 에너지를 제공하지 않습니다.

이러한 반응의 에너지 방출은 세포 내부에서 대사 반응을 수행하는 데 사용됩니다. 이러한 과정 중 많은 부분이 분해 경로의 초기 단계와 화합물의 생합성에서 기능하는 데 에너지가 필요하기 때문입니다. .

예를 들어 포도당 대사에서 초기 단계는 분자의 인산화를 포함합니다. 다음 단계에서는 양의 순이익을 얻기 위해 새 ATP가 생성됩니다.

에너지 관점에서 보면, 1,3- 비스 포스 포 글리세 레이트, 카르 바밀 포스페이트, 크레아티닌 포스페이트 및 포스 포에 놀 피루 베이트를 포함하여 방출 에너지가 ATP보다 큰 다른 분자가 있습니다.

ATP 얻기

ATP는 산화 적 인산화와 기질 수준의 인산화라는 두 가지 경로로 얻을 수 있습니다. 전자는 산소가 필요하지만 후자는 그렇지 않습니다. 형성된 ATP의 약 95 %는 미토콘드리아에서 발생합니다.

산화 적 인산화

산화 적 인산화는 두 단계의 영양소 산화 과정을 포함합니다 : 비타민에서 파생 된 감소 된 조효소 NADH 및 FADH _2를 얻습니다 .

이러한 분자의 감소는 영양소의 수소를 사용해야합니다. 지방에서 코엔자임의 생성은 펩티드 나 탄수화물에 비해 구조에 막대한 양의 수소를 가지고 있기 때문에 놀랍습니다.

코엔자임 생산에는 여러 경로가 있지만 가장 중요한 경로는 크렙스주기입니다. 결과적으로 환원 된 조효소는 미토콘드리아에있는 호흡 사슬에 집중되어 전자를 산소로 전달합니다.

전자 수송 사슬은 양성자 (H +)를 외부로 펌핑하는 일련의 막 결합 단백질로 구성됩니다 (이미지 참조). 이 양성자는 ATP 합성을 담당하는 또 다른 단백질 인 ATP 합성 효소를 통해 다시 막으로 들어가고 교차합니다.

즉, 우리는 코엔자임을 줄여야하고, 더 많은 ADP와 산소가 물과 ATP를 생성해야합니다.

출처 : By Bustamante Yess, from Wikimedia Commons

기질 수준 인산화

기질 수준의 인산화는 위에서 설명한 메커니즘만큼 중요하지 않으며 산소 분자가 필요하지 않기 때문에 종종 발효와 관련이 있습니다. 이렇게하면 매우 빠르지 만 에너지를 거의 추출하지 못합니다. 산화 과정과 비교하면 약 15 배 더 적을 것입니다.

우리 몸에서 발효 과정은 근육 수준에서 발생합니다. 이 조직은 산소 없이도 기능 할 수 있으므로 포도당 분자가 젖산으로 분해 될 수 있습니다 (예를 들어 철저한 스포츠 활동을 할 때).

발효에서 최종 제품은 여전히 ​​추출 할 수있는 에너지 잠재력을 가지고 있습니다. 근육 발효의 경우 젖산의 탄소는 초기 분자 인 포도당과 동일한 수준의 감소를 보입니다.

따라서 에너지 생산은 1,3-bisphosphoglyrate 및 phosphoenolpyruvate를 포함하여 고 에너지 결합을 갖는 분자의 형성에 의해 발생합니다.

예를 들어 해당 과정에서 이러한 화합물의 가수 분해는 ATP 분자의 생성과 관련이 있으므로 "기질 수준에서"라는 용어가 사용됩니다.

ATP주기

ATP는 저장되지 않습니다. 그것은 사용과 합성의 연속적인주기에 있습니다. 이것은 형성된 ATP와 가수 분해 된 제품인 ADP 사이에 균형을 만듭니다.

출처 : Muessig, Wikimedia Commons

다른 에너지 분자

ATP는 세포 대사에 존재하는 뉴 클레오 시드 비스 포스페이트로 구성된 유일한 분자가 아닙니다. ATP만큼 인기가 없지만 비슷한 에너지 거동을 가진 ATP와 유사한 구조를 가진 분자가 많이 있습니다.

가장 눈에 띄는 예는 GTP, 구아노 신 트리 포스페이트로, 잘 알려진 크렙스주기와 포도당 생성 경로에서 사용됩니다. 덜 사용되는 다른 것은 CTP, TTP 및 UTP입니다.

참고 문헌

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