Dalam biokimia, singkatan ATP menunjuk Adenosina trifosfat atau Adenosine Triphosphate, sebuah molekul organik yang termasuk dalam kelompok nukleotida, penting untuk metabolisme energi sel. ATP adalah sumber energi utama yang digunakan di sebagian besar proses dan fungsi seluler, baik di tubuh manusia maupun di organisme makhluk hidup lainnya.
Nama ATP berasal dari komposisi molekul molekul ini, yang dibentuk oleh basa nitrogen (adenin) yang terhubung dengan atom karbon dari molekul gula pentosa (juga disebut ribosa), dan pada gilirannya dengan tiga ion fosfat yang dihubungkan dengan yang lain. atom karbon. Semua ini diringkas dalam rumus molekul ATP: C10H16N5O13P3.
Molekul ATP pertama kali ditemukan pada tahun 1929 di otot manusia di Amerika Serikat oleh Cyrus H. Fiske dan Yellapragada SubbaRow, dan secara independen di Jerman oleh ahli biokimia Karl Lohmann.
Meskipun molekul ATP ditemukan pada tahun 1929, fungsi dan kepentingannya dalam berbagai proses transfer energi sel tidak diketahui hingga tahun 1941, berkat studi ahli biokimia Jerman-Amerika Fritz Albert Lipmann (pemenang Hadiah Nobel pada tahun 1953, bersama dengan Krebs).
Untuk apa ATP?
Fungsi utama ATP adalah untuk menyediakan energi dalam reaksi biokimia yang terjadi di dalam sel, itulah sebabnya molekul ini juga dikenal sebagai “mata uang energi” organisme.
ATP adalah molekul yang berguna untuk sementara waktu mengandung energi kimia yang dilepaskan selama proses metabolisme penguraian makanan, dan melepaskannya lagi bila diperlukan untuk meningkatkan berbagai proses biologis tubuh, seperti pengangkutan sel, mendorong reaksi yang mengkonsumsi energi atau bahkan untuk melakukan tindakan mekanis tubuh, seperti berjalan.
Bagaimana ATP dibuat?
Di dalam sel, ATP disintesis melalui respirasi sel, suatu proses yang berlangsung di mitokondria sel. Selama fenomena ini, energi kimia yang disimpan dalam glukosa dilepaskan, melalui proses oksidasi yang melepaskan CO2, H2O, dan energi dalam bentuk ATP. Meskipun glukosa adalah substrat untuk reaksi ini, perlu dicatat bahwa protein dan lemak juga dapat dioksidasi untuk menghasilkan ATP. Masing-masing nutrisi dari makanan individu ini memiliki jalur metabolisme yang berbeda, tetapi mereka berkumpul pada metabolit umum: asetil-KoA, yang memulai Siklus Krebs dan memungkinkan proses memperoleh energi kimia untuk bertemu, karena semuanya sel mengkonsumsi energinya dalam bentuk ATP.
Proses respirasi sel dapat dibagi menjadi tiga fase atau tahapan: glikolisis (jalur sebelumnya yang hanya diperlukan ketika sel menggunakan glukosa sebagai bahan bakar), siklus Krebs, dan rantai transpor elektron. Selama dua tahap pertama, asetil-KoA, CO2 dan hanya sejumlah kecil ATP diproduksi, sedangkan selama fase ketiga respirasi, H2O dan sebagian besar ATP diproduksi melalui sekumpulan protein yang disebut “kompleks ATP sintase ”.
Glikolisis
Seperti yang dikatakan, glikolisis adalah jalur sebelum respirasi sel, di mana untuk setiap glukosa (yang memiliki 6 karbon) dua piruvat terbentuk (senyawa yang terdiri dari 3 karbon).
Berbeda dengan dua tahap respirasi sel lainnya, glikolisis terjadi di sitoplasma sel. Piruvat yang dihasilkan dari jalur pertama ini harus memasuki mitokondria untuk melanjutkan transformasinya menjadi Asetil-KoA dan dengan demikian dapat digunakan dalam siklus Krebs.
Siklus Krebs
Siklus Krebs (juga siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat) adalah proses mendasar yang terjadi dalam matriks mitokondria seluler, dan terdiri dari rangkaian reaksi kimia yang bertujuan untuk melepaskan energi. kimia yang terkandung dalam Asetil-KoA yang diperoleh dari pemrosesan berbagai nutrisi makanan makhluk hidup, serta memperoleh prekursor asam amino lain yang diperlukan untuk reaksi biokimia di alam lain.
Siklus ini merupakan bagian dari proses yang jauh lebih besar yaitu oksidasi karbohidrat, lipid dan protein, tahap peralihannya adalah: setelah pembentukan Asetil-KoA dengan karbon dari senyawa organik tersebut, dan sebelum fosforilasi oksidatif di mana ATP “dirakit” dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim yang disebut ATP sintase atau ATP sintase.
Siklus Krebs beroperasi berkat beberapa enzim berbeda yang sepenuhnya mengoksidasi Asetil-KoA dan melepaskan dua enzim berbeda dari setiap molekul teroksidasi: CO2 (karbon dioksida) dan H2O (air). Selanjutnya, selama siklus Krebs, dihasilkan sejumlah minimum GTP (mirip dengan ATP) dan daya reduksi dalam bentuk NADH dan FADH2, yang akan digunakan untuk sintesis ATP pada tahap respirasi sel berikutnya.
Siklus dimulai dengan fusi molekul asetil-KoA dengan molekul oksaloasetat. Penyatuan ini menghasilkan molekul enam karbon: sitrat. Dengan demikian, koenzim A dilepaskan, bahkan digunakan kembali berkali-kali. Jika ada terlalu banyak ATP di dalam sel, langkah ini dihambat.
Selanjutnya, sitrat atau asam sitrat mengalami serangkaian transformasi berturut-turut yang berturut-turut akan menghasilkan isocitrate, ketoglutarate, succinyl-CoA, succinate, fumarate, malate dan oxaloacetate lagi. Bersama dengan produk-produk ini, sejumlah GTP minimum diproduksi untuk setiap siklus Krebs lengkap, yang mengurangi daya dalam bentuk NADH dan FADH2 dan CO2.
Rantai transpor elektron dan fosforilasi oksidatif
Tahap terakhir dari rangkaian pemanenan hara menggunakan oksigen dan senyawa yang dihasilkan selama siklus Krebs untuk menghasilkan ATP dalam proses yang disebut fosforilasi oksidatif. Selama proses ini, yang berlangsung di membran mitokondria bagian dalam, NADH dan FADH2 mendonasikan elektron, mendorongnya ke tingkat yang lebih rendah secara energik. Elektron ini akhirnya diterima oleh oksigen (yang bila bergabung dengan proton akan menimbulkan pembentukan molekul air).
Kopling antara rantai elektronik dan fosforilasi oksidatif beroperasi berdasarkan dua reaksi yang berlawanan: satu yang melepaskan energi dan yang lain menggunakan energi yang dilepaskan untuk menghasilkan molekul ATP, berkat intervensi ATP sintetase. Saat elektron “berjalan” ke atas rantai dalam serangkaian reaksi redoks, energi yang dilepaskan digunakan untuk memompa proton melalui membran. Ketika proton ini berdifusi kembali melalui ATP sintetase, energinya digunakan untuk mengikat gugus fosfat tambahan ke molekul ADP (adenosin difosfat), yang mengarah pada pembentukan ATP.
Pentingnya ATP
ATP adalah molekul fundamental untuk proses vital organisme hidup, sebagai pemancar energi kimia untuk berbagai reaksi yang terjadi di dalam sel, misalnya sintesis makromolekul kompleks dan fundamental, seperti DNA, RNA atau untuk sintesis. protein yang terjadi di dalam sel. Jadi, ATP menyediakan energi yang diperlukan untuk memungkinkan sebagian besar reaksi terjadi di dalam tubuh.
Kegunaan ATP sebagai molekul “donor energi” dijelaskan dengan adanya ikatan fosfat yang kaya energi. Ikatan yang sama ini dapat melepaskan sejumlah besar energi dengan “putus” ketika ATP dihidrolisis menjadi ADP, yaitu ketika ia kehilangan gugus fosfat karena aksi air. Reaksi hidrolisis ATP adalah sebagai berikut:
ATP adalah kunci untuk pengangkutan makromolekul melalui membran plasma agar terjadi (eksositosis dan endositosis seluler) dan juga untuk komunikasi sinaptik antar neuron, jadi sintesis berkelanjutannya sangat penting, dari glukosa yang diperoleh dari makanan. Begitulah pentingnya bagi kehidupan, bahwa konsumsi beberapa elemen beracun yang menghambat proses ATP, seperti arsen atau sianida, mematikan dan menyebabkan kematian organisme secara fulminan.