Adenosin trifosfat (ATP): Sifat, struktur, fungsi, produksi

Disingkat dengan ATP, Adenosin trifosfat adalah nukleotida mendasar dalam memperoleh energi seluler. Ini terdiri dari basa nitrogen (adenin) yang melekat pada karbon 1 dari gula tipe pentosa. Adenosin trifosfat terjadi selama fotorespirasi dan respirasi seluler, dan dikonsumsi oleh banyak enzim dalam katalisis berbagai proses kimia. Rumus molekulnya adalah C10H16N5O13P3.

Adenosin trifosfat, ATP yang terkenal, adalah sebuah molekul yang bekerja sebagai sumber energi untuk melaksanakan proses seluler yang paling. Agar berfungsi dengan baik, sel tergantung pada mekanisme yang menghasilkan ATP sesuai dengan kebutuhan seluler.

Pengertian

ATP terdiri dari molekul adenosin (dibentuk oleh penyatuan adenin dan ribosa) yang dihubungkan dengan serangkaian tiga gugus fosfat. Perhatikan rumus struktural ATP di bawah ini:

ATP dibentuk oleh molekul adenosin yang terhubung dengan tiga gugus fosfat

Adenosin trifosfat pertama kali ditemukan di otot manusia pada tahun 1929 di Amerika Serikat oleh Cyrus H. Fiske dan Yellapragada Subbarao, dan secara independen di Jerman oleh Karl Lohman. Namun, hingga sepuluh tahun kemudian, Peran sentral ATP dalam transfer energi mulai diakui. Pada tahun 1941, Fritz Lipmann (Hadiah Nobel, 1953) dibantu oleh kontribusi Herman Kalckar, menghipotesiskan sifat siklus peran ATP dalam proses bioenergi dengan menulis:

Tidak ada jawaban pasti yang dapat diberikan untuk pertanyaan tentang bagaimana potensi tinggi dari gugus fosfat beroperasi sebagai promotor berbagai proses, meskipun hanya interkoneksi yang kurang lebih dekat dengan pergantian fosfat dapat dikenali. Siklus metabolisme sebanding dengan mesin yang menghasilkan arus listrik. Bahkan, tampak bahwa dalam organisasi seluler, “arus” fosfat memainkan peran yang sama dengan arus listrik dalam kehidupan manusia. Dan itu juga merupakan bentuk energi yang digunakan untuk semua tujuan.

Ketika ATP kehilangan salah satu fosfatnya, itu menjadi ADP, atau adenosin difosfat.

Adenosin trifosfat (ATP) adalah nukleotida, sejenis molekul yang membentuk asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA), bahan pembentuk materi genetik. Ketika itu bukan bagian dari molekul RNA atau DNA, ATP berfungsi untuk mengangkut energi kimia dalam sel untuk berbagai keperluan metabolisme. Beberapa mekanisme yang ATP penting adalah sintesis dari senyawa kimia seperti protein, motilitas sel atau gerakan, dan pembelahan sel.

Adenosin trifosfat terbuat dari nukleotida lain, adenosin difosfat (ADP) atau adenosin monofosfat (AMP), dan ketika itu mengambil bagian dalam fungsi metabolisme, itu akan beralih ke prekursor tersebut.

Zat ini terdiri dari adenosin, terbuat dari adenin nukleobasa dan gula ribosa, dan tiga fosfat, alpha, beta, dan fosfat gamma. Pada tumbuhan, adenosin trifosfat diciptakan melalui fotosintesis, yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi dan mengubah karbon dioksida menjadi gula.

Pada hewan, ATP dibuat melalui respirasi sel, yang biasanya menggunakan oksigen untuk mengubah glukosa menjadi karbon dioksida dan air. Respirasi sel juga dapat terjadi tanpa adanya oksigen, dalam hal ini disebut glikolisis atau respirasi anaerobik dan produk adalah asam piruvat.

Adenosin trifosfat disimpan sebagai energi. Ini menjadi aktif ketika dipecah oleh hidrolisis, penyisipan molekul air antara ikatan kimianya. Hasil hidrolisis pada salah satu fosfat dari ATP menjadi terpisah, akan melepaskan energi.

Adenosin trifosfat adalah sumber yang paling penting dari energi untuk kegiatan intraseluler. Hal ini bertanggung jawab untuk sebagian besar reaksi anabolik, di mana molekul prekursor bergabung bersama menjadi molekul yang lebih besar. Beberapa contoh termasuk perakitan protein; perakitan dari beberapa bagian komponen dari DNA dan RNA; dan sintesis lemak dan polisakarida, sekelompok karbohidrat.

Adenosin trifosfat juga bertanggung jawab untuk transportasi aktif, di mana bahan-bahan yang dipompa ke dalam atau keluar dari sel melewati membran sel. Adenosin trifosfat juga membantu menjaga volume cairan yang ideal dalam sel dan membantu mengirimkan sinyal antara sel-sel. Transmisi informasi melalui sistem saraf dan kontraksi otot juga bergantung pada ATP.

Mitokondria menghasilkan adenosin trifosfat (ATP), sumber energi kimia.

Adenosin trifosfat adalah molekul yang membentuk DNA.

Pemukulan flagela dan silia juga dilakukan oleh adenosin trifosfat. Tindakan ini memiliki banyak fungsi, termasuk pergerakan makanan melalui saluran pencernaan dan motilitas sperma. ATP juga bertanggung jawab untuk bioluminescence, yaitu kemampuan beberapa organisme, seperti kunang-kunang dan ikan pemancing, untuk memancarkan cahaya.

Sifat kimia

adenosin trifosfat

Adenosin trifosfat stabil dalam larutan air antara pH 6,8 dan 7,4, tanpa adanya katalis. Pada pH yang lebih ekstrem, ia dengan cepat terhidrolisis menjadi ADP dan fosfat. Sel hidup mempertahankan rasio ATP ke ADP pada titik sepuluh urutan besarnya dari kesetimbangan, dengan konsentrasi ATP lima kali lebih besar dari konsentrasi ADP. Dalam konteks reaksi biokimia, ikatan POP sering disebut ikatan energi tinggi

Hidrolisis ATP menjadi ADP dan fosfat anorganik melepaskan entalpi 30,5 kJ / mol, dengan perubahan energi bebas 3,4 kJ / mol.5 Energi yang dilepaskan oleh pembagian unit fosfat (Pi) atau pirofosfat (PPi) ) ATP dalam status 1M standar adalah:

ATP + H2O → ADP + Pi   ΔG° = −30.5 kJ/mol (−7.3 kkal/mol)

ATP + H2O → AMP + PPi   ΔG° = −45.6 kJ/mol (−10.9 kkal/mol)

Produksi AMP dan ADP

ATP dapat diproduksi oleh beberapa proses seluler yang berbeda; Tiga jalur utama dalam eukariota adalah (1) glikolisis, (2) siklus fosforilasi asam sitrat / oksidatif, dan (3) beta-oksidasi. Proses umum oksidasi glukosa menjadi karbon dioksida, kombinasi jalur 1 dan 2, yang dikenal sebagai respirasi seluler, menghasilkan sekitar 30 ekuivalen ATP dari masing-masing molekul glukosa. Produksi ATP dalam eukariota aerob non-fotosintesis terjadi terutama di mitokondria, yang terdiri hampir 25% dari volume sel khas.

Glikolisis

Dalam glikolisis, glukosa dan gliserol dimetabolisme menjadi piruvat. Glikolisis menghasilkan dua ekuivalen ATP melalui fosforilasi substrat yang dikatalisis oleh dua enzim, PGK dan piruvat kinase. Dua setara NADH juga diproduksi, yang dapat dioksidasi melalui rantai transpor elektron dan menghasilkan generasi ATP tambahan oleh ATP sintase.

Piruvat yang dihasilkan sebagai produk akhir glikolisis adalah substrat untuk siklus Krebs.8 Glikolisis dianggap terdiri dari dua fase dengan masing-masing lima langkah. Fase 1, “fase persiapan”, glukosa diubah menjadi 2 d-gliseraldehida-3-fosfat (g3p). Satu ATP terbalik pada Langkah 1, dan ATP lainnya terbalik pada Langkah 3.

Langkah 1 dan 3 glikolisis disebut “Langkah Priming.” Dalam Fase 2, dua ekuivalen dari g3p dikonversi menjadi dua piruvat. Pada Langkah 7, dua ATP diproduksi. Selain itu, pada Langkah 10, dua setara ATP lainnya diproduksi. Pada langkah 7 dan 10, ATP dihasilkan dari ADP. Jaringan dua ATP terbentuk dalam siklus glikolisis. Jalur glikolisis kemudian dikaitkan dengan siklus asam sitrat yang menghasilkan setara ATP tambahan.

Siklus Krebs

Dalam mitokondria, kompleks piruvat dehidrogenase mengoksidasi piruvat menjadi gugus asetil, yang sepenuhnya teroksidasi menjadi karbon dioksida oleh siklus asam sitrat (juga dikenal sebagai siklus Krebs). Setiap “putaran” siklus asam sitrat menghasilkan dua molekul karbon dioksida, satu ekuivalen dari guanosin trifosfat ATP (GTP) melalui fosforilasi tingkat-substrat yang dikatalisis oleh suksetil-CoA sintetase, seperti suksinil-KoA itu dikonversi menjadi suksinat, tiga padanan NADH, dan satu padanan FADH2. NADH dan FADH2 didaur ulang (masing-masing ke NAD + dan FAD), menghasilkan ATP tambahan dengan fosforilasi oksidatif. Oksidasi NADH menghasilkan sintesis 2-3 ekuivalen ATP, dan oksidasi FADH2 menghasilkan antara 1-2 ekuivalen ATP.9 Sebagian besar ATP seluler dihasilkan oleh proses ini. Meskipun siklus asam sitrat itu sendiri tidak melibatkan oksigen molekuler, itu adalah proses aerob wajib karena O2 digunakan untuk mendaur ulang NADH dan FADH2. Dengan tidak adanya oksigen, siklus asam sitrat berhenti

Dalam fosforilasi oksidatif, aliran elektron dari NADH dan FADH2 melalui rantai transpor elektron memompa proton keluar dari matriks mitokondria ke ruang antarmembran. Pemompaan ini menghasilkan gaya motif proton yang merupakan efek bersih dari gradien pH dan gradien potensial listrik melintasi membran mitokondria bagian dalam. Aliran proton oleh gradien potensial ini, yaitu, dari ruang antar membran ke matriks, menghasilkan ATP oleh ATP sintase. Tiga ATP diproduksi per shift. Meskipun konsumsi oksigen tampaknya penting untuk pemeliharaan kekuatan motif proton, dalam hal kekurangan oksigen (hipoksia), asidosis intraseluler (dimediasi oleh peningkatan laju glikolitik dan hidrolisis ATP) berkontribusi terhadap potensi dan drive membran mitokondria. langsung sintesis ATP.12

Sebagian besar ATP yang disintesis dalam mitokondria akan digunakan untuk proses seluler di sitosol; karena itu, ia harus diekspor dari situs sintesisnya dalam matriks mitokondria. Gerakan ATP lebih disukai oleh potensi elektrokimia membran karena sitosol memiliki muatan yang relatif positif dibandingkan dengan matriks yang relatif negatif. Untuk setiap ATP yang diangkut, harganya 1 H +. ATP harganya sekitar 3 H +. Oleh karena itu, membuat dan mengekspor ATP membutuhkan 4H +. Membran bagian dalam mengandung anti-carrier, ADP / ATP translocase, yang merupakan protein membran integral yang digunakan untuk menukar ATP yang baru disintesis dalam matriks untuk ADP di ruang antar-membran. 13 Translocase ini digerakkan oleh potensial membran, karena menghasilkan pergerakan sekitar 4 muatan negatif di luar membran mitokondria dengan imbalan 3 muatan negatif yang dipindahkan. Namun, juga penting untuk mengangkut fosfat ke mitokondria; pembawa fosfat menggerakkan satu proton dengan masing-masing fosfat, menghilangkan sebagian gradien proton. Setelah penyelesaian glikolisis, siklus asam sitrat, rantai transpor elektron, dan fosforilasi oksidatif, sekitar 30-38 ATP diproduksi oleh glukosa.

Beta oksidasi

Di hadapan udara dan berbagai kofaktor dan enzim, asam lemak diubah menjadi asetil-KoA. Jalur ini disebut beta-oksidasi. Setiap siklus beta-oksidasi memperpendek rantai asam lemak dengan dua atom karbon dan menghasilkan satu ekuivalen masing-masing asetil-KoA, NADH, dan FADH2. Asetil-KoA dimetabolisme oleh siklus asam sitrat untuk menghasilkan ATP, sedangkan NADH dan FADH2 digunakan oleh fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Puluhan setara ATP dihasilkan oleh beta-oksidasi dari rantai asil panjang tunggal

Fungsi ATP

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, ATP terkait dengan ketersediaan energi untuk sel. Ketika bereaksi dengan air (proses hidrolisis), ia membentuk fosfat anorganik (Pi) dan ADP. Reaksi ini bertanggung jawab untuk melepaskan energi, dan karenanya merupakan reaksi yang sangat eksergonik (yang melepaskan energi). Lihat reaksi ini di bawah ini:

ATP + H2O → ADP + Pi + energi bebas

ATP sangat penting untuk menyediakan energi gratis bagi sel untuk melakukan aktivitasnya. Karenanya, energi ini akan digunakan untuk reaksi lain yang memerlukan energi (reaksi endergonik). Molekul ATP dikonsumsi dalam waktu sekitar satu detik setelah terbentuk.

Perlu disebutkan bahwa molekul ATP ini tidak hanya bertindak dalam penyediaan energi. Kami juga dapat menyoroti perannya dalam memasok gugus fosfat ke molekul lain (fosforil).

Di antara reaksi kimia fotosintesis tumbuhan, klorofil menggunakan sinar matahari untuk menggerakkan rantai reaksi yang menyimpan energi, dalam bentuk energi kimia, dalam molekul ATP yang bermuatan energi. Energi kimia yang disimpan dalam ATP digunakan oleh tumbuhan dalam banyak reaksi kimia ketika tumbuhan membutuhkan energi untuk mendorong reaksi semacam itu, dan berkali-kali asupan ATP, yang bila diberikan, “dihabiskan” (diubah menjadi molekul energi lebih rendah yang disebut ADP). Tumbuhan dapat menggunakan banyak molekul sebagai sumber energi kimia (misalnya, dapat menggunakan molekul penyimpanan, seperti pati dari tanaman darat, atau mengangkut molekul, sukrosa), tetapi berkali-kali, sebagai langkah pertama, molekul yang dipilih untuk ini harus mentransfer energinya ke ATP: melalui reaksi kimia, molekul kehilangan energi kimianya dan sebaliknya, ADP diisi dengan energi kimia dalam bentuk ATP.

Dari produk fotosintesis, oksigen tidak digunakan dan dilepaskan ke media. Dari produk fotosintesis, reaksi biosintesis kimia dapat dilanjutkan untuk membangun semua molekul lain yang dibutuhkan tumbuhan (anabolisme).

Glukosa dan turunannya digunakan oleh tumbuhan dalam dua cara: di satu sisi, ia menggunakannya sebagai komponen struktural, yang dengannya tubuh fisik setiap sel tumbuhan dibentuk (dalam bentuk selulosa); Di sisi lain, ia menggunakannya sebagai sumber energi kimia, misalnya untuk membentuk lebih banyak ATP ketika langka.

Meskipun, selama proses fotosintesis, tumbuhan mengambil sebagian energi dari sinar matahari untuk membentuk ATP, tidak cukup untuk memenuhi kebutuhannya (terutama pada saat tanaman tidak terpapar cahaya, dan di organ-organ yang bukan fotosintesis), sehingga harus beralih ke glukosa dan turunan lainnya yang disimpan atau diangkut untuk menggunakannya sebagai sumber energi kimia, terutama dalam proses yang disebut respirasi seluler, di mana tanaman juga menghirup oksigen.

Pembentukan ATP menggunakan ADP dan Pi

Adenosin trifosfat dapat dibentuk menggunakan ADP dan fosfat anorganik, suatu reaksi terhadap hidrolisis ATP. Ini adalah reaksi endergonik yang memakan energi, tidak seperti hidrolisis. Perhatikan reaksi di bawah ini:

ADP + Pi + energi bebas → ATP + H2O

Perhatian: ATP dibentuk dalam proses seluler yang berbeda, seperti respirasi seluler yang mengarah pada produksi 30 molekul ATP.

Related Posts