1.10: ATP
Struktura i funkcja ATP
W sercu ATP znajduje się nukleotyd adenozyno-monofosforan (AMP). Podobnie jak inne nukleotydy AMP składa się z zasady azotowej (cząsteczka adeniny) związanej z cząsteczką rybozy i pojedynczą grupą fosforanową. Dodanie drugiej grupy fosforanowej do tej cząsteczki rdzenia powoduje powstanie difosforanu adenozyny (ADP); dodanie trzeciej grupy fosforanowej tworzy trifosforan adenozyny (ATP).
ATP (trifosforan adenozyny) ma trzy grupy fosforanowe, które mogą być usunięte przez hydrolizę, aby utworzyć ADP (difosforan adenozyny) lub AMP (monofosforan adenozyny). Jeśli nie ma fosforanów w ogóle, cząsteczka jest określana jako „nukleozyd”, a nie „nukleotyd”.
Fosforylacja lub kondensacja grup fosforanowych na AMP jest proces endergoniczny. W przeciwieństwie do tego, hydroliza (rozszczepienie przez wodę) jednej lub dwóch grup fosforanowych z ATP, proces zwany dephosphorylation, jest exergonic. Dlaczego? Przypomnijmy, że terminy endergoniczny i egzergoniczny odnoszą się do znaku na różnicy energii swobodnej reakcji pomiędzy produktami i reagentami, ΔG. W tym przypadku wyraźnie przypisujemy kierunek reakcji, albo w kierunku fosforylacji, albo deposforylacji nukleotydu. W tej reakcji fosforylacji reagentami są nukleotyd i fosforan nieorganiczny, a produktami fosforylowany nukleotyd i woda. W reakcji deprofosforylacji/hydrolizy reaktorami są fosforylowany nukleotyd i woda, a produktami fosforan nieorganiczny i nukleotyd pomniejszony o jeden fosforan.
Energia swobodna Gibbsa jest „funkcją stanu”, nie ma znaczenia, jak przebiega reakcja, rozważa się tylko stan początkowy i końcowy. Reagenty ATP i woda są scharakteryzowane przez ich skład atomowy i rodzaje wiązań pomiędzy atomami składowymi i pewna energia swobodna może być związana z każdym z tych wiązań i ich możliwymi konfiguracjami – podobnie dla produktów. Hydroliza ATP polega na zerwaniu wiązań i odtworzeniu ich w nowym układzie. Jeśli przyjrzymy się reakcji z punktu widzenia produktów i reagentów i zapytamy „jak możemy zrekombinować atomy i wiązania w reaktorach, aby otrzymać produkty?”, okazuje się, że w ATP musi zostać zerwane wiązanie fosfoanhydrydowe między tlenem a fosforem, w wodzie musi zostać zerwane wiązanie między tlenem a wodorem, musi powstać wiązanie między OH (pochodzącym z rozszczepienia wody) a fosforem (z uwolnionego PO3-2), oraz musi powstać wiązanie między H (pochodzącym z rozszczepienia wody) a tlenem końcowym na fosforylowanym nukleotydzie. Suma zmian energii związanych z tymi wszystkimi rearanżacjami wiązań (łącznie z tymi bezpośrednio związanymi z wodą) czyni tę reakcję egzergiczną. Podobną analizę można przeprowadzić w przypadku reakcji odwrotnej.
Możliwe ćwiczenie
Korzystaj z rysunku ATP powyżej i swojej wiedzy na temat wyglądu cząsteczki wody, aby narysować rysunek przedstawiający etapy reakcji opisane powyżej: rozerwanie wiązania fosfoanhydrydowego, rozerwanie wody i utworzenie nowych wiązań w celu utworzenia ADP i fosforanu nieorganicznego. Prześledź atomy w różnych kolorach, jeśli to pomoże.
Inna myśl-
Opis rearanżacji wiązań przedstawiony powyżej nie wyjaśnia, dlaczego oddzielenie dodania trzeciej grupy fosforanowej do ADP w celu wytworzenia ATP jest endergoniczne (w standardowych warunkach). Patrząc na struktury przed i po, czy możesz wymyślić jakieś wytłumaczenie, dlaczego dodanie fosforanu wymagałoby pracy (ma dodatnie ∆G), ale oderwanie fosforanu reprezentuje ujemne ∆G?
.