1.10: ATP
Structura și funcția ATP
În centrul ATP se află nucleotida adenozin monofosfat (AMP). Ca și celelalte nucleotide, AMP este compus dintr-o bază azotată (o moleculă de adenină) legată de o moleculă de riboză și de o singură grupare fosfat. Adăugarea unei a doua grupe fosfat la această moleculă de bază duce la formarea adenozindifosfatului (ADP); adăugarea unei a treia grupe fosfat formează adenozin trifosfat (ATP).
ATP (adenozin trifosfat) are trei grupe fosfat care pot fi îndepărtate prin hidroliză pentru a forma ADP (adenozindifosfat) sau AMP (adenozin monofosfat). Dacă nu există deloc fosfați, molecula este denumită „nucleozidă”, mai degrabă decât „nucleotidă”.
Fosforilarea sau condensarea grupărilor fosfat pe AMP este un proces endergonic. În schimb, hidroliza (scindarea de către apă) a uneia sau a două grupări fosfat din ATP, un proces numit defosforilare, este exergonic. De ce? Să ne amintim că termenii endergonic și exergonic se referă la semnul asupra diferenței de energie liberă a unei reacții între produși și reactanți, ΔG. În acest caz, atribuim în mod explicit o direcție reacției, fie în direcția fosforilării, fie în direcția defosforilării nucleotidului. În această reacție de fosforilare, reactanții sunt nucleotida și un fosfat anorganic, în timp ce produsele sunt o nucleotidă fosforilată și apă. În reacția de defosforilare/hidroliză, reactanții sunt nucleotida fosforilată și apa, în timp ce produșii sunt fosfatul anorganic și nucleotida minus un fosfat.
Energia liberă Gibbs este o „funcție de stare”, nu contează cum are loc reacția, se iau în considerare doar stările de început și de sfârșit. Reactivii ATP și apa sunt caracterizați de componența lor atomică și de tipurile de legături dintre atomii constituenți și o anumită energie liberă poate fi asociată cu fiecare dintre legături și cu configurațiile lor posibile – la fel și pentru produși. Hidroliza ATP-ului implică ruperea legăturilor și reconstituirea lor într-o nouă configurație. Dacă examinăm reacția din punctul de vedere al produselor și al reactanților și ne întrebăm „cum putem recombina atomii și legăturile din reactanți pentru a obține produsele?”, constatăm că în ATP trebuie ruptă o legătură fosfoanhidridă între un oxigen și un fosfor, în apă trebuie ruptă o legătură între un oxigen și hidrogen, în apă se formează o legătură între OH (provenit din scindarea apei) și fosfor (din PO3-2 eliberat), iar între H (provenit din scindarea apei) și oxigenul terminal de pe nucleotidul fosforilat trebuie să se formeze o legătură. Suma schimbărilor de energie asociate cu toate aceste rearanjări de legături (inclusiv cele asociate direct cu apa) face ca această reacție să fie exergonică. O analiză similară ar putea fi făcută cu reacția inversă.
Exercițiu posibil
Utilizați figura ATP de mai sus și cunoștințele dumneavoastră despre cum arată o moleculă de apă pentru a desena o figură a etapelor reacției descrise mai sus: ruperea legăturii fosfoanhidridei, ruperea apei și formarea de noi legături pentru a forma ADP și fosfat anorganic. Urmăriți atomii în culori diferite dacă acest lucru vă ajută.
O altă idee-
Descrierea rearanjărilor de legături prezentată mai sus nu explică de ce separarea adaosului unei a treia grupe fosfat la ADP pentru a face ATP este endergonică (în condiții standard). Analizând structurile înainte și după, puteți veni cu vreo explicație pentru motivul pentru care adăugarea unui fosfat ar necesita muncă (are un ∆G pozitiv), dar desprinderea unui fosfat reprezintă un ∆G negativ?
.