chiar și reacțiile exergonice, care eliberează energie, necesită o cantitate mică de energie de activare pentru a continua. Cu toate acestea, luați în considerare reacțiile endergonice, care necesită mult mai multă energie, deoarece produsele lor au mai multă energie liberă decât reactanții lor. În interiorul celulei, de unde vine energia pentru a alimenta astfel de reacții? Răspunsul constă într-o moleculă furnizoare de energie numită adenozin trifosfat sau ATP. ATP este o moleculă mică, relativ simplă (figura \(\PageIndex{1}\)), dar în unele dintre legăturile sale, conține potențialul unei explozii rapide de energie care poate fi valorificată pentru a efectua munca celulară. Această moleculă poate fi considerată moneda energiei primare a celulelor în același mod în care banii sunt moneda pe care oamenii o schimbă pentru lucrurile de care au nevoie. ATP este folosit pentru a alimenta majoritatea reacțiilor celulare care necesită energie.

după cum sugerează și numele, adenozin trifosfatul este compus din adenozină legată de trei grupe fosfat (figura \(\PageIndex{1}\)). Adenozina este o nucleozidă constând din adenina de bază azotată și un zahăr cu cinci carbon, riboză. Cele trei grupări fosfat, în ordinea celor mai apropiate de cele mai îndepărtate de zahărul riboză, sunt etichetate alfa, beta și gamma. Împreună, aceste grupuri chimice constituie o putere energetică. Cu toate acestea, nu toate legăturile din această moleculă există într-o stare de energie deosebit de mare. Ambele legături care leagă fosfații sunt legături la fel de mari de energie (legături fosfoanhidridă) care, atunci când sunt rupte, eliberează suficientă energie pentru a alimenta o varietate de reacții și procese celulare. Aceste legături cu energie ridicată sunt legăturile dintre a doua și a treia grupare fosfat (sau beta și gamma) și între prima și a doua grupare fosfat. Motivul pentru care aceste legături sunt considerate „energie ridicată” se datorează faptului că produsele unei astfel de rupturi de legături-adenozin difosfat (ADP) și o grupare fosfat anorganică (Pi)—au o energie liberă considerabil mai mică decât reactanții: ATP și o moleculă de apă. Deoarece această reacție are loc cu utilizarea unei molecule de apă, este considerată o reacție de hidroliză. Cu alte cuvinte, ATP este hidrolizat în ADP în următoarea reacție:

ca majoritatea reacțiilor chimice, hidroliza ATP la ADP este reversibilă. Reacția inversă regenerează ATP din ADP + Pi. Într-adevăr, celulele se bazează pe regenerarea ATP la fel cum oamenii se bazează pe regenerarea banilor cheltuiți printr-un fel de venit. Deoarece hidroliza ATP eliberează energie, regenerarea ATP trebuie să necesite un aport de energie liberă. Formarea ATP este exprimată în această ecuație:

rămân două întrebări proeminente cu privire la utilizarea ATP ca sursă de energie. Exact cât de multă energie liberă este eliberată cu hidroliza ATP și cum este folosită acea energie liberă pentru a face munca celulară? Valoarea calculată pentru hidroliza unui mol de ATP în ADP și Pi este de -7,3 kcal/mol (-30,5 kJ/mol). Deoarece acest calcul este adevărat în condiții standard, ar fi de așteptat să existe o valoare diferită în condiții celulare. De fapt, g-ul pentru hidroliza unui mol de ATP într-o celulă vie este aproape dublu față de valoarea în condiții standard: 14 kcal/mol (-57 kJ/mol).ATP este o moleculă foarte instabilă. Dacă nu este folosit rapid pentru a efectua lucrări, ATP se disociază spontan în ADP + Pi, iar energia liberă eliberată în timpul acestui proces se pierde sub formă de căldură. A doua întrebare pusă mai sus, adică modul în care energia eliberată de hidroliza ATP este utilizată pentru a efectua lucrări în interiorul celulei, depinde de o strategie numită cuplare energetică. Celulele cuplează reacția exergonică a hidrolizei ATP cu reacțiile endergonice, permițându-le să continue. Un exemplu de cuplare a energiei folosind ATP implică o pompă de ioni transmembranară care este extrem de importantă pentru funcția celulară. Această pompă sodiu-potasiu (Na + / K + pompă) conduce sodiul din celulă și potasiul în celulă (figura 6.4.2). Un procent mare din ATP-ul unei celule este cheltuit alimentând această pompă, deoarece procesele celulare aduc o mare cantitate de sodiu în celulă și potasiu din celulă. Pompa funcționează constant pentru a stabiliza concentrațiile celulare de sodiu și potasiu. Pentru ca pompa să transforme un ciclu (exportând trei ioni Na+ și importând doi ioni K+), o moleculă de ATP trebuie hidrolizată. Când ATP este hidrolizat, fosfatul său gamma nu plutește pur și simplu, ci este de fapt transferat pe proteina pompei. Acest proces de legare a unei grupări fosfat la o moleculă se numește fosforilare. Ca și în majoritatea cazurilor de hidroliză ATP, un fosfat din ATP este transferat pe o altă moleculă. Într-o stare fosforilată, pompa Na+/K+ are mai multă energie liberă și este declanșată pentru a suferi o schimbare conformațională. Această modificare îi permite să elibereze Na+ în exteriorul celulei. Apoi se leagă extracelular K+, care, printr-o altă schimbare conformațională, determină detașarea fosfatului de pompă. Această eliberare de fosfat declanșează eliberarea K + în interiorul celulei. În esență, energia eliberată din hidroliza ATP este cuplată cu energia necesară pentru alimentarea pompei și transportul ionilor Na+ și K+. ATP efectuează lucrări celulare folosind această formă de bază de cuplare a energiei prin fosforilare.

hidroliza unei molecule de ATP eliberează 7,3 kcal/mol de energie (g = -7,3 kcal / mol de energie). Dacă este nevoie de 2,1 kcal/mol de energie pentru a muta Un Na+ peste membrană (0,1 kcal/mol de energie), câți ioni de sodiu ar putea fi mutați prin hidroliza unei molecule ATP?

adesea în timpul reacțiilor metabolice celulare, cum ar fi sinteza și descompunerea nutrienților, anumite molecule trebuie modificate ușor în conformația lor pentru a deveni substraturi pentru următoarea etapă din seria de reacții. Un exemplu este în primii pași ai respirației celulare, când o moleculă de glucoză din zahăr este descompusă în procesul de glicoliză. În prima etapă a acestui proces, ATP este necesar pentru fosforilarea glucozei, creând un intermediar de mare energie, dar instabil. Această reacție de fosforilare alimentează o schimbare conformațională care permite transformarea moleculei de glucoză fosforilată în fructoza zahărului fosforilat. Fructoza este un intermediar necesar pentru ca glicoliza să avanseze. Aici, reacția exergonică a hidrolizei ATP este cuplată cu reacția endergonică de transformare a glucozei într-un intermediar fosforilat în cale. Încă o dată, energia eliberată prin ruperea unei legături fosfat în ATP a fost utilizată pentru fosforilarea unei alte molecule, creând un intermediar instabil și alimentând o schimbare conformațională importantă.

răspuns liber