background image

ATP

    ATP czy też kwas adenozynotrójfosforowy. 

Jest to związek organiczny, powstający w 

komórkach zwierzęcych i roślinnych w 

procesie fosforylacji..

Jest nośnikiem energii zużywanym 

przez niemal wszystkie procesy 

zachodzące w organiźmie. W 

ostatecznym rozrachunku 

wszystkie procesy energetyczne 

służą produkcji lub redukcji ATP.

background image

Krótko o historii ATP

       „ATP odkrył w 1929 roku niemiecki chemik Karl 

Lohmann. Jego funkcję cząsteczki przenoszącej energię 

w komórce wykazał Fritz Lipmann za co został w 1953 

r. uhonorowany nagrodą Nobla.

       Pierwszą syntezę ATP in vitro przeprowadził w 1948 

r. Alexander Todd, co przyniosło temu uczonemu 

nagrodę Nobla z chemii w 1957 r. 

       Kolejne nagrody Nobla związane bezpośrednio z ATP 

otrzymali: Peter D. Mitchell (1978) za powiązanie 

gradientu stężeń jonów wodorowych z syntezą ATP, Paul 

D. Boyer i John E. Walker (1997) za zbadanie 

mechanizmu działania syntazy ATP oraz w tym samym 

roku Jens C. Skou za badania nad pompą sodowo-

potasową zależną od ATP.”

background image

Struktura ATP

     Najprościej można opisać ATP 

jako niewielką cząsteczkę składającą 

się z zasady azotowej (adeniny), 

cukru pięciowęglowego (rybozy lub 

wymiennie deoksyrybozy) i trzech 

reszt kwasu ortofosforowego

    

Najprościej 

strukturę ATP można 

opisać w 

następujący sposób :

background image

Struktura ATP

 

Dokładniejszy wzór 

chemiczny wygląda 

natomiast następująco:

   Adenina jest połączona z cukrem wiązaniem N-

glikozydowym. Cukier łączy się z pierwszą resztą 

kwasu fosforowego przez wiązanie estrowe. Reszty 

kwasu ortofosforowego połączone są przez 

wiązania bezwodnikowe (czyli łączą się ze sobą z 

wydzieleniem cząsteczki wody). 

background image

Jak uzyskujemy Energię z ATP?

  

 Jak ukazuje nam to 

animacja obok, 

zasadniczym źródłem 

energii w komórkach jest 

reakcja hydrolizy jednego 

z wiązań bezwodnikowych  

pomiędzy resztami β i γ.

     W wyniku tego procesu 

powstaje cząsteczka ADP 

(adezynodwufosforan) oraz 

anion fosforanowy.

Proces ten zachodzi wedle poniższej 

reakcji:

 ATP + H

2

O → ADP + Pi 

background image

Cząsteczka wody

     Reakcję hydrolizy ATP możemy 

przedstawić następująco:

background image

Jak uzyskujemy Energię z ATP?

       Rzadziej dochodzi do rozpadu ATP na AMP 

(Adenozynomonofosforan)

 i pirofosforan. Następuje to 

w wyniku hydrolizy wiązania bezwodnikowego 

pomiędzy resztami α i β zgodnie z wzorem:

ATP + H

2

O → AMP +PPi

        Taka reakcja wydziela dwa razy więcej energii 

niż rozpad na ADP i anion fosforanowy. 

background image

Jak powstaje ATP

      ATP nie jest magazynowane, tylko tworzone na 

bieżąco. Powstaje ono w mitochondriach i 

chloroplastach wskutek reakcji redox (utleniania i 

redukcji) z cukrami i lipidami. ATP może powstać w 

wyniku czterech różnych reakcji:

 

1. Fosforylacji substratowej

   

2. Fosforylacji oksydacyjnej

  

3. Fosforylacji fotosyntetyczna 

 

4. Fosforylacji związanej z utlenianiem prostych 

substancji                   nieorganicznych

background image

Jak powstaje ATP

     

Fosforylacja substratowa ma miejsce gdy reszta 

fosforowa substratu, za pomocą enzymu (najczęściej 

kinaz), zostaje przeniesiona bezpośrednio na ADP.

       Sposób ten nie wymaga tlenu, zachodzi w glikozie i 

cyklu Krebsa. Pozwala on, np, dostarczyć energii 

mięśniom szkieletowym w czasie dużego wysiłku, kiedy 

to dopływ tlenu jest niewystarczający. 

       Jest to najstarszy, ewolucyjnie, sposób wytwarzania 

ATP, jednakże ilość związków które się mu poddają jest 

ograniczona.

Fosfoenolopirogroni

an

Kwas 

pirogronowy

background image

Jak powstaje ATP

      Fosforylacja oksydacyjna jest tzw, „szlakiem 

metabolicznym” czyli serią następujących po sobie 

reakcji biochemicznych w których produkt jednej 

reakcji stanowi substrat kolejnej.

      Jest to najpowszechniejszy typ reakcji służących 

pozyskiwaniu ATP wśród wszystkich                          

                                   organizmów żywych, 

zarówno eukariotów jak i 

prokariotów, głównie ze 

względu na swą efektywność.

„Fosforylacja oksydacyjna u 

eukariotów zachodzi dzięki 

łańcuchowi transportu 

elektronów w mitochondriach. 

NADH i bursztynian 

wytworzone w cyklu kwasu 

cytrynowego są utleniane 

wytwarzając energię 

niezbędną do syntezy ATP.”

background image

Jak powstaje ATP

      

W czasie fosforylacji oksydacyjnej elektrony są 

przenoszone ze zredukowanych nukleotydów NADH 

(zredukowany dinukleotyd nikotynamidoadeninowy) i 

FADH

2

(zredukowany dinukleotyd flawinoadeninowy) na, 

będącą akceptorem, cząsteczkę tlenu.

      W wyniku tych reakcji zmagazynowana zostaje energia 

służąca do syntezy ATP. Choć w fosforylacji oksydacyjnej 

występuje wiele enzymów my skupimy się tylko na 

ostatnim, czyli syntazie ATP, zwanej też kompleksem V. 

Enzym ten został znaleziony we wszystkich organizmach 

żywych.

      Enzym ten wykorzystuje energię zgromadzoną w czasie     

        wcześniejszych reakcji szlaku biochemicznego do 

syntezy ATP z ADP i fosforu nieorganicznego.

background image

Jak powstaje ATP

Rakcja ta przedstawia się w następujący sposób:

      Reakcja ta jest odwracalna, a jej kierunek zależy od 

siły protonomotorycznej. 

      Jeśli brakuje gradientu protonowego syntaza 

przeprowadzi reakcję hydrolizy ATP, przenosząc 

jednocześnie protony za błonę komórkową. Gdy 

jednak siła protonomotoryczna jest odpowiednio duża 

ADP jest łączone z Pi dając w efekcie ATP  

      Jako ciekawostkę można dodać, że u niektórych 

bakterii i archeanów synteza ATP jest napędzana 

przepływem jonów sodowych a nie protonów.

background image

Jak powstaje ATP

    

 Fosforylacja fotosyntetyczna zachodzi w 

chloroplastach eukariotów i komórkach bakterii 

fotosyntezujących.

       Reakcja ta jest podoba do fosforylacji oksydacyjnej, 

tu również reakcje redox prowadzą do powstania siły 

protonomotorycznej dzięki której syntaza ATP jest w 

stanie wytworzyć ATP łącząc ADP i Pi.

       Występuje tu jednak znacząca różnica, zamiast 

tworzyć energię, poprzez utlenianie nukleotydów, 

komórka uzyskuje ją dzięki reakcji fotochemicznej.

       Wyróżniamy dwa rodzaje fosforylacji 

fotosyntetycznej.

background image

Jak powstaje ATP

     

 Fosforylacja niecykliczna, jest to główny 

sposób produkcji ATP w organizmach 

wytwarzających tlen.

      W jej efekcie elektrony z wody są 

przenoszone na NADP który zostaje 

zredukowany do NADPH a protony są 

przenoszone do wnętrza tylakoidu ze stromy 

(części chloroplastu). W roślinach oraz 

sinicach, do reakcji niezbędnych by 

wytworzyć gradient protonowy, niezbędne 

są trzy duże kompleksy:

        1. Fotoukład I i fotoukład II - To elementy 

wrażliwe na światło, w których dochodzi do 

fotoindukcyjnego rozdziału ładunków. 

        2. Kompleks cytochromów b

6

f – Zachodzą 

na nim reakcję dzięki którym dodatkowe 

protony przenoszone są przez błony 

tylakoidów

       Powstający gradient protonowy służy 

syntezie ATP.

Budowa syntazy 

ATP

background image

Jak powstaje ATP

   

   Fosforylacja cykliczna, zachodzi bez udziału fotoukładu II, 

polega na przeniesieniu protonów przez błonę tylakoidów bez 

rozkładu wody. 

      Podczas tej reakcji, elektron zostaje wybity z fotoukładu I na 

ferredoksynę skąd przenoszony jest na kompleks 

chromosomów b

6

f. Reakcje w kompleksie prowadzą do 

przeniesienia protonów w poprzek błony tylakoidu a więc i 

wytworzenia gradientu protonowego. Powstała w wyniku cyklu 

reakcji różnica stężeń protonów wewnątrz i na zewnątrz 

tylakoidu dostarcza energii do syntezy ATP odbywającej się na 

kompleksie syntazy ATP

      Kluczowym elementem tego procesu jest enzym przenoszący 

elektron z ferrodoksyny na kompleks b

6

f, może to być:

1)

    Oksydoreduktaza ferredoksyna-plastochinon (FQR)

2)

    Dehydrogenaza plastopchinon-NAD(P)H (Ndh)

3)

    Reduktaza ferredoksyny (FNR)

     

background image

Jak powstaje ATP

     Ostatnim, i najrzadziej spotykanym, 

typem fosforylacji jest fosforylacja 

prostych związków nieorganicznych, 

występuje ona w chemoautotrofów, czyli 

organizmów pozyskujących energię dzięki 

utlenianiu związków nieorganicznych.


Document Outline