1.10: ATP
ATP Struktura a funkce
Srdcem ATP je nukleotid adenosinmonofosfát (AMP). Stejně jako ostatní nukleotidy se AMP skládá z dusíkaté báze (molekuly adeninu) vázané na molekulu ribózy a jedné fosfátové skupiny. Přidáním druhé fosfátové skupiny k této základní molekule vzniká adenosindifosfát (ADP); přidáním třetí fosfátové skupiny vzniká adenosintrifosfát (ATP).
ATP (adenosintrifosfát) má tři fosfátové skupiny, které lze odstranit hydrolýzou za vzniku ADP (adenosindifosfátu) nebo AMP (adenosinmonofosfátu). Pokud v molekule nejsou žádné fosfáty, označuje se spíše jako „nukleosid“ než „nukleotid“.
Fosforylace nebo kondenzace fosfátových skupin na AMP je endergonický proces. Naproti tomu hydrolýza (štěpení vodou) jedné nebo dvou fosfátových skupin z ATP, proces nazývaný defosforylace, je exergonický. Proč? Připomeňme, že termíny endergonický a exergonický se vztahují ke znaménku na rozdílu volné energie reakce mezi produkty a reaktanty, ΔG. V tomto případě reakci explicitně přiřazujeme směr, a to buď ve směru fosforylace, nebo defosforylace nukleotidu. V této fosforylační reakci jsou reaktanty nukleotid a anorganický fosfát, zatímco produkty jsou fosforylovaný nukleotid a voda. Při defosforylační/hydrolýzní reakci jsou reaktanty fosforylovaný nukleotid a voda, zatímco produkty jsou anorganický fosfát a nukleotid mínus jeden fosfát.
Gibbsova volná energie je „stavová funkce“, nezáleží na tom, jak reakce probíhá, uvažujete pouze počáteční a koncový stav. Reaktanty ATP a voda jsou charakterizovány svým atomovým složením a druhy vazeb mezi atomy, které je tvoří, a ke každé z vazeb a jejich možným konfiguracím lze přiřadit určitou volnou energii – podobně je tomu u produktů. Hydrolýza ATP zahrnuje přerušení vazeb a jejich obnovení v novém uspořádání. Zkoumáme-li reakci z hlediska produktů a reaktantů a ptáme se „jak můžeme rekombinovat atomy a vazby v reaktantech, abychom získali produkty?“, zjistíme, že v ATP se musí přerušit fosfoanhydridová vazba mezi kyslíkem a fosforem, ve vodě se musí přerušit vazba mezi kyslíkem a vodíkem, mezi OH (který pochází ze štěpení vody) a fosforem (z uvolněného PO3-2) se vytvoří vazba a mezi H (pocházejícím ze štěpení vody) a koncovým kyslíkem na fosforylovaném nukleotidu se musí vytvořit vazba. Součet změn energií spojených se všemi těmito přeskupeními vazeb (včetně vazeb přímo spojených s vodou) činí tuto reakci exergonickou. Podobnou analýzu lze provést i u opačné reakce.
Možné cvičení
Využijte výše uvedený obrázek ATP a své znalosti o tom, jak vypadá molekula vody, a nakreslete obrázek výše popsaných reakčních kroků: rozbití fosfoanhydridové vazby, rozbití vody a vytvoření nových vazeb za vzniku ADP a anorganického fosfátu. Sledujte atomy různými barvami, pokud vám to pomůže.
Další myšlenka –
Výše uvedený popis přeskupování vazeb nevysvětluje, proč je oddělení přidání třetí fosfátové skupiny k ADP za vzniku ATP endergonické (za standardních podmínek). Když se podíváte na struktury před a po, můžete přijít s nějakým vysvětlením, proč by přidání fosfátu vyžadovalo práci (má kladné ∆G), ale odtržení fosfátu představuje záporné ∆G?
.