+ Trả lời Chủ đề

Chủ đề: adenosine triphosphate

Kết quả 1 đến 10 của 10
  1. #1
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    adenosine triphosphate

    adenosine triphosphate: a-đê-nô-xin tri-phốt-phát

    (viết tắt ATP)

    adenosine triphosphate: (biochemistry) a nucleotide present in all living cells which serves as an energy source for many metabolic processes and is required for ribonucleic acid synthesis

    a-đê-nô-xin tri-phốt-phát: (sinh hoá) một nucleotide có mặt trong tất cả các tế bào sống phục vụ như nguồn cung cấp năng lượng cho nhiều quá trình trao đổi chất và cần phải có cho sự tổng hợp axít ribonucleic

  2. #2
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    Adenosine Triphosphate

    Adenosine Triphosphate

    Adenosine triphosphate (ATP) is considered by biologists to be the energy currency of life. It is the high-energy molecule that stores the energy we need to do just about everything we do. It is present in the cytoplasm and nucleoplasm of every cell, and essentially all the physiological mechanisms that require energy for operation obtain it directly from the stored ATP. (Guyton) As food in the cells is gradually oxidized, the released energy is used to re-form the ATP so that the cell always maintains a supply of this essential molecule. Karp quotes an estimate that more than 2 x 1026molecules or >160kg of ATP is formed in the human body daily! ATP is remarkable for its ability to enter into many coupled reactions, both those to food to extract energy and with the reactions in other physiological processes to provide energy to them. In animal systems, the ATP is synthesized in the tiny energy factories called mitochondria.


    The structure of ATP has an ordered carbon compound as a backbone, but the part that is really critical is the phosphorous part - the triphosphate. Three phosphorous groups are connected by oxygens to each other, and there are also side oxygens connected to the phosphorous atoms. Under the normal conditions in the body, each of these oxygens has a negative charge, and as you know, electrons want to be with protons - the negative charges repel each other. These bunched up negative charges want to escape - to get away from each other, so there is a lot of potential energy here.

    If you remove just one of these phosphate groups from the end, so that there are just two phosphate groups, the molecule is much happier. This conversion from ATP to ADP is an extremely crucial reaction for the supplying of energy for life processes. Just the cutting of one bond with the accompanying rearrangement is sufficient to liberate about 7.3 kilocalories per mole = 30.6 kJ/mol. This is about the same as the energy in a single peanut.

    Living things can use ATP like a battery. The ATP can power needed reactions by losing one of its phosphorous groups to form ADP, but you can use food energy in the mitochondria to convert the ADP back to ATP so that the energy is again available to do needed work. In plants, sunlight energy can be used to convert the less active compound back to the highly energetic form. For animals, you use the energy from your high energy storage molecules to do what you need to do to keep yourself alive, and then you "recharge" them to put them back in the high energy state. The oxidation of glucose operates in a cycle called theTCA cycle or Krebs cycle in eukaryotic cells to provide energy for the conversion of ADP to ATP.

    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ology/atp.html

  3. #3
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    Conversion from ATP to ADP

    Conversion from ATP to ADP

    Adenosine triphosphate (ATP) is the energy currency of life and it provides that energy for most biological processes by being converted to ADP (adenosine diphosphate). Since the basic reaction involves a water molecule,
    ATP + H2O → ADP + Pi

    this reaction is commonly referred to as the hydrolysis of ATP.


    The structure of ATP has an ordered carbon compound as a backbone, but the part that is really critical is the phosphorous part - the triphosphate. Three phosphorous groups are connected by oxygens to each other, and there are also side oxygens connected to the phosphorous atoms. Under the normal conditions in the body, each of these oxygens has a negative charge, and as you know, electrons want to be with protons - the negative charges repel each other. These bunched up negative charges want to escape - to get away from each other, so there is a lot of potential energy here.

    If you remove just one of these phosphate groups from the end, so that there are just two phosphate groups, the molecule is much happier. If you cut this bond, the energy is sufficient to liberate about 7000 calories per mole, about the same as the energy in a single peanut.

    Living things can use ATP like a battery. The ATP can power needed reactions by losing one of its phosphorous groups to form ADP, but you can use food energy in the mitochondria to convert the ADP back to ATP so that the energy is again available to do needed work. In plants, sunlight energy can be used to convert the less active compound back to the highly energetic form. For animals, you use the energy from your high energy storage molecules to do what you need to do to keep yourself alive, and then you "recharge" them to put them back in the high energy state.

    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ology/atp.html

  4. #4
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    Free Energy from Hydrolysis of ATP

    Free Energy from Hydrolysis of ATP

    Adenosine triphosphate (ATP) is the energy currency of life and it provides that energy for most biological processes by being converted to ADP (adenosine diphosphate). Since the basic reaction involves a water molecule,

    ATP + H2O → ADP + Pi

    this reaction is commonly referred to as the hydrolysis of ATP. The change in Gibbs free energy in the reaction is used to assess the energy yield of such reactions, and as a general indicator of the spontaneity of reactions. Under standard conditions this change ΔG0' is

    .

    But inside a living cell, typical concentrations of the reactants might be [ATP]=10mM, [ADP]=1mM and [Pi]=10mM. Under those conditions the free energy change is

    .

    Because of the concentrations of ATP and ADP in the cell, the conditions are very favorable for the use of the hydrolysis of ATP as an energy source. In fact, many processes with positive ΔG values can take place when coupled with the hydrolysis of ATP.

    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ology/atp.html

  5. #5
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    Adenosine Triphosphate (ATP)

    Adenosine Triphosphate (ATP)

    Adenosine Triphosphate (ATP), an energy-bearing molecule found in all living cells. Formation of nucleic acids, transmission of nerve impulses, muscle contraction, and many other energy-consuming reactions of metabolism are made possible by the energy in ATP molecules. The energy in ATP is obtained from the breakdown of foods.

    An ATP molecule is composed of carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, and phosphorus atoms. There are three phosphorus atoms in the molecule. Each of these phosphorus atoms is at the center of an atomic group called a phosphate. The phosphate groups are linked to one another by chemical bonds called phosphate bonds. The energy of ATP is locked in these bonds.

    The energy in ATP can be released as heat or can be used in the cell as a power source to drive various types of chemical and mechanical activities. For example, when the terminal phosphate group of the ATP molecule is removed by hydrolysis (a decomposition process that occurs when a substance reacts with water), energy in the form of heat is released and adenosine diphosphate (ADP) and inorganic phosphate (Pi) are formed.

    The hydrolysis of ATP is accelerated by an enzyme called adenosine triphosphatase, or ATP-ase. The reaction can be written as:

    ATP ® ADP + Pi + energy

    The regeneration of ATP from ADP requires energy, which is obtained in the process of oxidation. The energy released in the oxidation of carbohydrates and fats initiates a complex series of chemical reactions that ultimately regenerate ATP molecules from ADP molecules. The complete oxidation of a typical molecule of fat results in the formation of about 150 molecules of ATP.

    ATP was discovered in muscle tissue by scientists in Germany and the United States in 1929. Its role in the storage and supply of energy was first explained in 1941 by the German-American biochemist Fritz A. Lipmann. For this achievement, he shared the 1953 Nobel Prize in physiology or medicine.

    http://science.howstuffworks.com/dic...e-atp-info.htm

  6. #6
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    Adenosine Triphosphate (ATP)

    Adenosine Triphosphate (ATP)

    The chemical substance that serves as the currency of energy in a cell is adenosine triphosphate (ATP). ATP is referred to as currency because it can be “spent” in order to make chemical reactions occur. The more energy required for a chemical reaction, the more ATP molecules must be spent.

    Virtually all forms of life use ATP, a nearly universal molecule of energy transfer. The energy released during catabolic reactions is stored in ATP molecules. In addition, the energy trapped in anabolic reactions (such as photosynthesis) is trapped in ATP molecules.

    An ATP molecule consists of three parts. One part is a double ring of carbon and nitrogen atoms called adenine. Attached to the adenine molecule is a small five-carbon carbohydrate called ribose. Attached to the ribose molecule are three phosphate units linked together by covalent bonds.

    The covalent bonds that unite the phosphate units in ATP are high-energy bonds. When an ATP molecule is broken down by an enzyme, the third (terminal) phosphate unit is released as a phosphate group, which is an ion. When this happens, approximately 7.3 kilocalories of energy are released. (A kilocalorie equals 1,000 calories.) This energy is made available to do the work of the cell.

    The adenosine triphosphatase enzyme accomplishes the breakdown of an ATP molecule. The products of ATP breakdown are adenosine diphosphate (ADP) and a phosphate ion. Adenosine diphosphate and the phosphate ion can be reconstituted to form ATP, much like a battery can be recharged. To accomplish this, synthesis energy must be available. This energy can be made available in the cell through two extremely important processes: photosynthesis and cellular respiration.

    http://www.cliffsnotes.com/study_gui...leId-8593.html

  7. #7
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    The Importance of Adenosine Triphosphate

    The Importance of Adenosine Triphosphate

    When describing the basis for human energy, ground zero is adenosine triphosphate or ATP. This enzyme molecule is considered the pure energy engine of life as we know it. It stores what we need to function on practically all levels in the cytoplasm and nucleoplasm of every single cell. Its capability to transform negatively charged atoms into high levels of energy is staggering. ATP is produced two times to the tenth degree in our bodies everyday. Some say ATP consumes an equivalent of a person's body weight daily. It is by far the rock star of our internal microscopic community.

    Human Battery

    ATP acts a lot like a battery. It stores energy within the cells and then releases it when needed. By several chemical reactions this release is quickly restored as we power up ATP molecules with the food we eat and oxygen we breathe. This process transforms glucose back into recharged, stored energy. Stored ATP is highly concentrated within the cells throughout our bodies, especially our muscles where it works as a primary function for physical activity.

    Metabolism

    The higher your metabolism the more energy you will produce and the more fat you will burn. ATP is integral in the metabolism function during its transformation stages. It is estimated that approximately 50 percent of the by chemical product from ingested food contributes to the production and maintenance of ATP. Therefore, when it comes to metabolism and losing weight, the better the food we eat the stronger our ATP output becomes and our optimal weight concentration is maintained.

    Carbohydrates

    It turns out that one of the major sources of ATP production is a diet that is rich in carbohydrates. Carbohydrates are broken down into glucose, which stores in the muscles as glycogen. When needed it is transformed via glycolis into ATP production. This is why marathon runners often dine on a large pasta meal the night before a race. By morning, there is enough stored glycogen to help with energy production to handle the run.

    Fat

    Fat is another fuel source for ATP and is often called upon during exercise. The problem is that there is good fat and bad fat. Good fat, such as nuts, avocados and fish, are easily broken down and much more readily available for use than complex fats, such as french fries, butter and dairy. Good fat will enable the body to get more done with less fatigue. In addition, when the brain uses glucose for energy production, fat utilization within the muscles is enacted. Therefore, working with weights in the gym can potentially optimize fat energy resulting in a more sculpted, toned look.

    Oxygen

    A major source of ATP functioning, beside our food intake, is oxygen. Deep breathing in though the nose and out through the mouth will fire up ATP production and energy release. Too many people are shallow breathers and do not even know it. They gulp air while speaking and eating, essentially starving the cells of adequate oxygen and fully functioning ATP, contributing to fatigue, and surprisingly, potential weight gain.

    http://www.fitday.com/fitness-articl...osphate.html#b
    Lần sửa cuối bởi thanhthanh, ngày 02-02-2013 lúc 08:42 AM.

  8. #8
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    Atp and biological energy

    ATP AND BIOLOGICAL ENERGY

    The Nature of ATP

    Adenosine triphosphate (ATP), the energy currency or coin of the cell pictured in Figfures 1 and 2, transfers energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the cell. Structurally, ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar, adenine base, and phosphate group, PO4-2) plus two other phosphate groups.


    Figure 1. A 2-D stick view of the structure of ATP. The above drawing of ATP is from EcoCyc at http://hapuna.ai.sri.com:1555/new-image?type=COMPOUND-IN-PATHWAY&object=ATP





    Figure 2. A cartoon and space-filling view of ATP. Image from Purves et al., Life: The Science of Biology, 4th Edition, by Sinauer Associates (www.sinauer.com) and WH Freeman (www.whfreeman.com), used with permission.


    Energy is stored in the covalent bonds between phosphates, with the greatest amount of energy (approximately 7 kcal/mole) in the bond between the second and third phosphate groups. This covalent bond is known as a pyrophosphate bond.

    We can write the chemical reaction for the formation of ATP as:

    a) in chemicalese: ADP + Pi + energy ----> ATP

    b) in English: Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine Triphosphate
    The chemical formula for the expenditure/release of ATP energy can be written as:

    a) in chemicalese: ATP ----> ADP + energy + Pi

    b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic Phosphate

    An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate. The batteries are used, giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic energy and heat/unusable energy. Recharged batteries (into which energy has been put) can be used only after the input of additional energy. Thus, ATP is the higher energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used battery). When the terminal (third) phosphate is cut loose, ATP becomes ADP (Adenosine diphosphate; di= two), and the stored energy is released for some biological process to utilize. The input of additional energy (plus a phosphate group) "recharges" ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are recharged by the input of additional energy).

    How to Make ATP

    Two processes convert ADP into ATP: 1) substrate-level phosphorylation; and 2) chemiosmosis. Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are the substrates on which the enzyme acts). This is illustrated in Figure 3.

    Figure 3. Enzymes and the formation of NADH and ATP. Images from Purves et al., Life: The Science of Biology, 4th Edition, by Sinauer Associates (www.sinauer.com) and WH Freeman (www.whfreeman.com), used with permission.


    Chemiosmosis, shown in Figure 4, involves more than the single enzyme of substrate-level phosphorylation. Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron transport chain that is embedded in a membrane. In eukaryotes this membrane is in either the chloroplast or mitochondrion. According to the chemiosmosis hypothesis proposed by Peter Mitchell in 1961, a special ATP-synthesizing enzyme is also located in the membranes. Mitchell would later win the Nobel Prize for his work.


    Figure 4. A typical representation of an electron transport chain. Images from Purves et al., Life: The Science of Biology, 4th Edition, by Sinauer Associates (www.sinauer.com) and WH Freeman (www.whfreeman.com), used with permission.



    During chemiosmosis in eukaryotes, H+ ions are pumped across an organelle membrane by membrane "pump proteins" into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous hydrogen ions. This is shown in Figure 4 and 5. The energy for the pumping comes from the coupledoxidation-reduction reactions in the electron transport chain. Electrons are passed from one membrane-bound enzyme to another, losing some energy with each tansfer (as per the second law of thermodynamics). This "lost" energy allows for the pumping of hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions outside the confined space than there are inside the confined space). The confined hydrogens cannot pass back through the membrane. Their only exit is through the ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane. As the hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme, energy from the enzyme is used to attach a third phosphate to ADP, converting it to ATP.


    Figure 5. A generalized view of an electron transport system. Image from Purves et al., Life: The Science of Biology, 4th Edition, by Sinauer Associates (www.sinauer.com) and WH Freeman (www.whfreeman.com), used with permission.



    Usually the terminal phosphate is not simply removed, but instead is attached to another molecule. This process is known as phosphorylation.

    W + ATP -----> W~P + ADP where W is any compound, for example:

    glucose + ATP -----> glucose~P + ADP

    Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the phosphate group from ATP.
    ATP serves as the biological energy company, releasing energy for both anabolic and catabolicprocesses and being recharged by energy generated from other catabolic reactions.

    Learning Objectives
    • Describe the components, organization, and functions of an electron transport system.
    • ATP is composed of ribose, a five-carbon sugar, three phosphate groups, and adenine , a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous base). What class of organic macromolecules is composed of monomers similar to ATP?
    • ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways. Explain the functioning of the ATP/ADP cycle.
    • Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation. What two methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP?

    http://www.emc.maricopa.edu/faculty/...iobookatp.html
    Lần sửa cuối bởi thanhthanh, ngày 02-02-2013 lúc 09:16 AM.

  9. #9
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    ATP: The Perfect Energy Currency for the Cell

    ATP: The Perfect Energy Currency for the Cell

    Abstract

    The major energy currency molecule of the cell, ATP, is evaluated in the context of creationism. This complex molecule is critical for all life from the simplest to the most complex. It is only one of millions of enormously intricate nanomachines that needs to have been designed in order for life to exist on earth. This motor is an excellent example of irreducible complexity because it is necessary in its entirety in order for even the simplest form of life to survive.

    Introduction

    In order to function, every machine requires specific parts such as screws, springs, cams, gears, and pulleys. Likewise, all biological machines must have many well-engineered parts to work. Examples include units calledorgans such as the liver, kidney, and heart. These complex life units are made from still smaller parts called cells which in turn are constructed from yet smaller machines known as organelles. Cell organelles include mitochondria, Golgi complexes, microtubules, and centrioles. Even below this level are other parts so small that they are formally classified as macromolecules (large molecules).
    Fig. 1. Views of ATP and related structures.

    A critically important macromolecule—arguably “second in importance only to DNA”—is ATP. ATP is a complex nanomachine that serves as the primary energy currency of the cell (Trefil, 1992, p.93). A nanomachine is a complex precision microscopic-sized machine that fits the standard definition of a machine. ATP is the “most widely distributed high-energy compound within the human body” (Ritter, 1996, p. 301). This ubiquitous molecule is “used to build complex molecules, contract muscles, generate electricity in nerves, and light fireflies. All fuel sources of Nature, all foodstuffs of living things, produce ATP, which in turn powers virtually every activity of the cell and organism. Imagine the metabolic confusion if this were not so: Each of the diverse foodstuffs would generate different energy currencies and each of the great variety of cellular functions would have to trade in its unique currency” (Kornberg, 1989, p. 62).

    ATP is an abbreviation for adenosine triphosphate, a complex molecule that contains the nucleoside adenosine and a tail consisting of three phosphates. (See Figure 1 for a simple structural formula and a space filled model of ATP.) As far as known, all organisms from the simplest bacteria to humans use ATP as their primary energy currency. The energy level it carries is just the right amount for most biological reactions. Nutrients contain energy in low-energy covalent bonds which are not very useful to do most of kinds of work in the cells.

    These low energy bonds must be translated to high energy bonds, and this is a role of ATP. A steady supply of ATP is so critical that a poison which attacks any of the proteins used in ATP production kills the organism in minutes. Certain cyanide compounds, for example, are poisonous because they bind to the copper atom in cytochrome oxidase. This binding blocks the electron transport system in the mitochondria where ATP manufacture occurs (Goodsell, 1996, p.74).

    How ATP Transfers Energy

    Energy is usually liberated from the ATP molecule to do work in the cell by a reaction that removes one of the phosphate-oxygen groups, leaving adenosinediphosphate (ADP). When the ATP converts to ADP, the ATP is said to bespent. Then the ADP is usually immediately recycled in the mitochondria where it is recharged and comes out again as ATP. In the words of Trefil (1992, p. 93) “hooking and unhooking that last phosphate [on ATP] is what keeps the whole world operating.”

    The enormous amount of activity that occurs inside each of the approximately one hundred trillion human cells is shown by the fact that at any instant each cell contains about one billion ATP molecules. This amount is sufficient for that cell’s needs for only a few minutes and must be rapidly recycled. Given a hundred trillion cells in the average male, about 1023 or one sextillion ATP molecules normally exist in the body. For each ATP “the terminal phosphate is added and removed 3 times each minute” (Kornberg, 1989, p. 65).

    The total human body content of ATP is only about 50 grams, which must be constantly recycled every day. The ultimate source of energy for constructing ATP is food; ATP is simply the carrier and regulation-storage unit of energy. The average daily intake of 2,500 food calories translates into a turnover of a whopping 180 kg (400 lbs) of ATP (Kornberg, 1989, p. 65).

    The Structure of ATP

    ATP contains the purine base adenine and the sugar ribose which together form the nucleoside adenosine. The basic building blocks used to construct ATP are carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, and phosphorus which are assembled in a complex that contains the number of subatomic parts equivalent to over 500 hydrogen atoms. One phosphate ester bond and two phosphate anhydride bonds hold the three phosphates (PO4) and the ribose together. The construction also contains a b-N glycoside bond holding the ribose and the adenine together.

    Fig. 2. The two-dimensional stick model of the adenosine phosphate family of molecules, showing the atom and bond arrangement.

    Phosphates are well-known high-energy molecules, meaning that comparatively high levels of energy are released when the phosphate groups are removed. Actually, the high energy content is not the result of simply the phosphate bond but the total interaction of all the atoms within the ATP molecule.

    Because the amount of energy released when the phosphate bond is broken is very close to that needed by the typical biological reaction, little energy is wasted. Generally, ATP is connected to another reaction—a process called coupling which means the two reactions occur at the same time and at the same place, usually utilizing the same enzyme complex. Release of phosphate from ATP is exothermic (a reaction that gives off heat) and the reaction it is connected to is endothermic (requires energy input in order to occur). The terminal phosphate group is then transferred by hydrolysis to another compound, a process called phosphorylation, producing ADP, phosphate (Pi) and energy.

    The self-regulation system of ATP has been described as follows:

    The high-energy bonds of ATP are actually rather unstable bonds. Because they are unstable, the energy of ATP is readily released when ATP is hydrolyzed in cellular reactions. Note that ATP is anenergy-coupling agent and not a fuel. It is not a storehouse of energy set aside for some future need. Rather it is produced by one set of reactions and is almost immediately consumed by another. ATP is formed as it is needed, primarily by oxidative processes in the mitochondria. Oxygen is not consumed unless ADP and a phosphate molecule are available, and these do not become available until ATP is hydrolyzed by some energy-consuming process. Energy metabolism is therefore mostly self-regulating (Hickman, Roberts, and Larson, 1997, p.43). [Italics mine]

    ATP is not excessively unstable, but it is designed so that its hydrolysis is slow in the absence of a catalyst. This insures that its stored energy is “released only in the presence of the appropriate enzyme” (McMurry and Castellion, 1996, p. 601).

    The Function of ATP

    The ATP is used for many cell functions including transport work moving substances across cell membranes. It is also used for mechanical work, supplying the energy needed for muscle contraction. It supplies energy not only to heart muscle (for blood circulation) and skeletal muscle (such as for gross body movement), but also to the chromosomes and flagella to enable them to carry out their many functions. A major role of ATP is in chemical work, supplying the needed energy to synthesize the multi-thousands of types of macromolecules that the cell needs to exist.

    ATP is also used as an on-off switch both to control chemical reactions and to send messages. The shape of the protein chains that produce the building blocks and other structures used in life is mostly determined by weak chemical bonds that are easily broken and remade. These chains can shorten, lengthen, and change shape in response to the input or withdrawal of energy. The changes in the chains alter the shape of the protein and can also alter its function or cause it to become either active or inactive.

    The ATP molecule can bond to one part of a protein molecule, causing another part of the same molecule to slide or move slightly which causes it to change its conformation, inactivating the molecule. Subsequent removal of ATP causes the protein to return to its original shape, and thus it is again functional. The cycle can be repeated until the molecule is recycled, effectively serving as an on and off switch (Hoagland and Dodson, 1995, p.104). Both adding a phosphorus (phosphorylation) and removing a phosphorus from a protein (dephosphorylation) can serve as either an on or an off switch.

    How is ATP Produced?

    ATP is manufactured as a result of several cell processes including fermentation, respiration and photosynthesis. Most commonly the cells use ADP as a precursor molecule and then add a phosphorus to it. In eukaryotes this can occur either in the soluble portion of the cytoplasm (cytosol) or in special energy-producing structures called mitochondria. Charging ADP to form ATP in the mitochondria is called chemiosmotic phosphorylation. This process occurs in specially constructed chambers located in the mitochondrion’s inner membranes.

    Fig. 3. An outline of the ATP-synthase macromolecule showing its subunits and nanomachine traits. ATP-synthase converts ADP into ATP, a process called charging. Shown behind ATP-synthase is the membrane in which the ATP-synthase is mounted. For the ATP that is charged in the mitochondria, ATP-synthase is located in the inner membrane.

    The mitochondrion itself functions to produce an electrical chemical gradient—somewhat like a battery—by accumulating hydrogen ions in the space between the inner and outer membrane.

    This energy comes from the estimated 10,000 enzyme chains in the membranous sacks on the mitochondrial walls. Most of the food energy for most organisms is produced by the electron transport chain. Cellular oxidation in the Krebs cycle causes an electron build-up that is used to push H+ ions outward across the inner mitochondrial membrane (Hickman et al., 1997, p. 71).

    As the charge builds up, it provides an electrical potential that releases its energy by causing a flow of hydrogen ions across the inner membrane into the inner chamber. The energy causes an enzyme to be attached to ADP which catalyzes the addition of a third phosphorus to form ATP. Plants can also produce ATP in this manner in their mitochondria but plants can also produce ATP by using the energy of sunlight in chloroplasts as discussed later. In the case of eukaryotic animals the energy comes from food which is converted to pyruvate and then to acetyl coenzyme A(acetyl CoA). Acetyl CoA then enters the Krebs cycle which releases energy that results in the conversion of ADP back into ATP.
    How does this potential difference serve to reattach the phosphates on ADP molecules? The more protons there are in an area, the more they repel each other. When the repulsion reaches a certain level, the hydrogens ions are forced out of a revolving-door-like structure mounted on the inner mitochondria membrane called ATP synthase complexes. This enzyme functions to reattach the phosphates to the ADP molecules, again forming ATP.

    The ATP synthase revolving door resembles a molecular water wheel that harnesses the flow of hydrogen ions in order to build ATP molecules. Each revolution of the wheel requires the energy of about nine hydrogen ions returning into the mitochondrial inner chamber (Goodsell, 1996, p.74). Located on the ATP synthase are three active sites, each of which converts ADP to ATP with every turn of the wheel. Under maximum conditions, the ATP synthase wheel turns at a rate of up to 200 revolutions per second, producing 600 ATPs during that second.

    ATP is used in conjunction with enzymes to cause certain molecules to bond together. The correct molecule first docks in the active site of the enzyme along with an ATP molecule. The enzyme then catalyzes the transfer of one of the ATP phosphates to the molecule, thereby transferring to that molecule the energy stored in the ATP molecule. Next a second molecule docks nearby at asecond active site on the enzyme. The phosphate is then transferred to it, providing the energy needed to bond the two molecules now attached to the enzyme. Once they are bonded, the new molecule is released. This operation is similar to using a mechanical jig to properly position two pieces of metal which are then welded together. Once welded, they are released as a unit and the process then can begin again.

    A Double Energy Packet

    Although ATP contains the amount of energy necessary for most reactions, at times more energy is required. The solution is for ATP to release twophosphates instead of one, producing an adenosine monophosphate (AMP) plus a chain of two phosphates called a pyrophosphate. How adenosine monophosphate is built up into ATP again illustrates the precision and the complexity of the cell energy system. The enzymes used in glycolysis, the citric acid cycle, and the electron transport system, are all so precise that they will replace only a single phosphate. They cannot add two new phosphates to an AMP molecule to form ATP.

    The solution is an intricate enzyme called adenylate kinase which transfers asingle phosphate from an ATP to the AMP, producing two ADP molecules. The two ADP molecules can then enter the normal Krebs cycle designed to convert ADP into ATP. Adenylate kinase requires an atom of magnesium—and this is one of the reasons why sufficient dietary magnesium is important.

    Adenylate kinase is a highly organized but compact enzyme with its active site located deep within the molecule. The deep active site is required because the reactions it catalyzes are sensitive to water. If water molecules lodged between the ATP and the AMP, then the phosphate might break ATP into ADP and a free phosphate instead of transferring a phosphate from ATP to AMP to form ADP.

    To prevent this, adenylate kinase is designed so that the active site is at the endof a channel deep in the structure which closes around AMP and ATP, shielding the reaction from water. Many other enzymes that use ATP rely on this system to shelter their active site to prevent inappropriate reactions from occurring. This system ensures that the only waste that occurs is the normal wear, tear, repair, and replacement of the cell’s organelles.

    Pyrophosphates and pyrophosphoric acid, both inorganic forms of phosphorus, must also be broken down so they can be recycled. This phosphate breakdown is accomplished by the inorganic enzyme pyrophosphatase which splits the pyrophosphate to form two free phosphates that can be used to charge ATP (Goodsell, 1996, p.79). This system is so amazingly efficient that it produces virtually no waste, which is astounding considering its enormously detailed structure. Goodsell (1996, p. 79) adds that “our energy-producing machinery is designed for the production of ATP: quickly, efficiently, and in large quantity.”

    The main energy carrier the body uses is ATP, but other energized nucleotides are also utilized such as thymine, guanine, uracil, and cytosine for making RNA and DNA. The Krebs cycle charges only ADP, but the energy contained in ATP can be transferred to one of the other nucleosides by means of an enzyme callednucleoside diphosphate kinase. This enzyme transfers the phosphate from a nucleoside triphosphate, commonly ATP, to a nucleoside diphosphate such as guanosine diphosphate (GDP) to form guanosine triphosphate (GTP).

    The nucleoside diphosphate kinase works by one of its six active sites binding nucleoside triphosphate and releasing the phosphate which is bonded to a histidine. Then the nucleoside triphosphate, which is now a diphosphate, is released, and a different nucleoside diphosphate binds to the same site—and as a result the phosphate that is bonded to the enzyme is transferred, forming a new triphosphate. Scores of other enzymes exist in order for ATP to transfer its energy to the various places where it is needed. Each enzyme must be specifically designed to carry out its unique function, and most of these enzymes are critical for health and life.

    The body does contain some flexibility, and sometimes life is possible when one of these enzymes is defective—but the person is often handicapped. Also, back-up mechanisms sometimes exist so that the body can achieve the same goals through an alternative biochemical route. These few simple examples eloquently illustrate the concept of over-design built into the body. They also prove the enormous complexity of the body and its biochemistry.

    The Message of the Molecule

    Without ATP, life as we understand it could not exist. It is a perfectly-designed, intricate molecule that serves a critical role in providing the proper size energy packet for scores of thousands of classes of reactions that occur in all forms of life. Even viruses rely on an ATP molecule identical to that used in humans. The ATP energy system is quick, highly efficient, produces a rapid turnover of ATP, and can rapidly respond to energy demand changes (Goodsell, 1996, p.79).

    Furthermore, the ATP molecule is so enormously intricate that we are just now beginning to understand how it works. Each ATP molecule is over 500 atomic mass units (500 AMUs). In manufacturing terms, the ATP molecule is a machine with a level of organization on the order of a research microscope or a standard television (Darnell, Lodish, and Baltimore, 1996).

    Among the questions evolutionists must answer include the following, “How did life exist before ATP?” “How could life survive without ATP since no form of life we know of today can do that?” and “How could ATP evolve and where are the many transitional forms required to evolve the complex ATP molecule?” No feasible candidates exist and none can exist because only a perfect ATP molecule can properly carry out its role in the cell.

    In addition, a potential ATP candidate molecule would not be selected for by evolution until it was functional and life could not exist without ATP or a similar molecule that would have the same function. ATP is an example of a molecule that displays irreducible complexity which cannot be simplified and still function (Behe, 1996). ATP could have been created only as a unit to function immediately in life and the same is true of the other intricate energy molecules used in life such as GTP.

    Although other energy molecules can be used for certain cell functions, none can even come close to satisfactorily replacing all the many functions of ATP. Over 100,000 other detailed molecules like ATP have also been designed to enable humans to live, and all the same problems related to their origin exist for them all. Many macromolecules that have greater detail than ATP exist, as do a few that are less highly organized, and in order for life to exist all of them must work together as a unit.

    The Contrast between Prokaryotic and Eukaryotic ATP Production

    An enormous gap exists between prokaryote (bacteria and cyanobacteria) cells and eukaryote (protists, plants and animals) type of cells:

    ...prokaryotes and eukaryotes are profoundly different from each other and clearly represent a marked dichotomy in the evolution of life. . . The organizational complexity of the eukaryotes is so much greater than that of the prokaryotes that it is difficult to visualize how a eukaryote could have arisen from any known prokaryote (Hickman et al., 1997, p. 39).

    Some of the differences are that prokaryotes lack organelles, a cytoskeleton, and most of the other structures present in eukaryotic cells. Consequently, the functions of most organelles and other ultrastructure cell parts must be performed in bacteria by the cell membrane and its infoldings called mesosomes.

    The Four Major Methods of Producing ATP


    A crucial difference between prokaryotes and eukaryotes is the means they use to produce ATP. All life produces ATP by three basic chemical methods only: oxidative phosphorylation, photophosphorylation, and substrate-level phosphorylation (Lim, 1998, p. 149). In prokaryotes ATP is produced both in the cell wall and in the cytosol by glycolysis. In eukaryotes most ATP is produced in chloroplasts (for plants), or in mitochondria (for both plants and animals). No means of producing ATP exists that is intermediate between these four basic methods and no transitional forms have ever been found that bridge the gap between these four different forms of ATP production. The machinery required to manufacture ATP is so intricate that viruses are not able to make their own ATP. They require cells to manufacture it and viruses have no source of energy apart from cells.

    In prokaryotes the cell membrane takes care of not only the cell’s energy-conversion needs, but also nutrient processing, synthesizing of structural macromolecules, and secretion of the many enzymes needed for life (Talaro and Talaro, 1993, p. 77). The cell membrane must for this reason be compared with the entire eukaryote cell ultrastructure which performs these many functions. No simple means of producing ATP is known and prokaryotes are not by any means simple. They contain over 5,000 different kinds of molecules and can use sunlight, organic compounds such as carbohydrates, and inorganic compounds as sources of energy to manufacture ATP.

    Another example of the cell membrane in prokaryotes assuming a function of the eukaryotic cell ultrastructure is as follows: Their DNA is physically attached to the bacterial cell membrane and DNA replication may be initiated by changes in the membrane. These membrane changes are in turn related to the bacterium’s growth. Further, the mesosome appears to guide the duplicated chromatin bodies into the two daughter cells during cell division (Talaro and Talaro, 1993).

    In eukaryotes the mitochondria produce most of the cell’s ATP (anaerobic glycolysis also produces some) and in plants the chloroplasts can also service this function. The mitochondria produce ATP in their internal membrane system called the cristae. Since bacteria lack mitochondria, as well as an internal membrane system, they must produce ATP in their cell membrane which they do by two basic steps. The bacterial cell membrane contains a unique structure designed to produce ATP and no comparable structure has been found in anyeukaryotic cell (Jensen, Wright, and Robinson, 1997).
    In bacteria, the ATPase and the electron transport chain are located inside the cytoplasmic membrane between the hydrophobic tails of the phospholipid membrane inner and outer walls. Breakdown of sugar and other food causes the positively charged protons on the outside of the membrane to accumulate to a much higher concentration than they are on the membrane inside. This creates an excess positive charge on the outside of the membrane and a relatively negative charge on the inside.

    The result of this charge difference is a dissociation of H2O molecules into H+and OH ions. The H+ ions that are produced are then transported outside of the cell and the OH ions remain on the inside. This results in a potential energy gradient similar to that produced by charging a flashlight battery. The force the potential energy gradient produces is called a proton motive force that can accomplish a variety of cell tasks including converting ADP into ATP.

    In some bacteria such as Halobacterium this system is modified by use ofbacteriorhodopsin, a protein similar to the sensory pigment rhodopsin used in the vertebrate retina (Lim, 1998, p. 166). Illumination causes the pigment to absorb light energy, temporarily changing rhodopsin from a trans to a cis form. The trans to cis conversion causes deprotonation and the transfer of protons across the plasma membrane to the periplasm.

    The proton gradient that results is used to drive ATP synthesis by use of the ATPase complex. This modification allows bacteria to live in low oxygen but rich light regions. This anaerobic ATP manufacturing system, which is unique to prokaryotes, uses a chemical compound other than oxygen as a terminal electron acceptor (Lim, 1998, p. 168). The location of the ATP producing system is only one of many major contrasts that exist between bacterial cell membranes and mitochondria.

    Chloroplasts

    Chloroplasts are double membraned ATP-producing organelles found only in plants. Inside their outer membrane is a set of thin membranes organized into flattened sacs stacked up like coins called thylakoids (Greek thylac or sack, and oid meaning like). The disks contain chlorophyll pigments that absorb solar energy which is the ultimate source of energy for all the plant’s needs including manufacturing carbohydrates from carbon dioxide and water (Mader, 1996, p. 75). The chloroplasts first convert the solar energy into ATP stored energy, which is then used to manufacture storage carbohydrates which can be converted back into ATP when energy is needed.

    The chloroplasts also possess an electron transport system for producing ATP. The electrons that enter the system are taken from water. During photosynthesis, carbon dioxide is reduced to a carbohydrate by energy obtained from ATP (Mader, 1996, p. 12). Photosynthesizing bacteria (cyanobacteria) use yet another system. Cyanobacteria do not manufacture chloroplasts but use chlorophyll bound to cytoplasmic thylakoids. Once again plausible transitional forms have never been found that can link this form of ATP production to the chloroplast photosynthesis system.

    The two most common evolutionary theories of the origin of the mitochondria-chloroplast ATP production system are 1) endosymbiosis of mitochondria and chloroplasts from the bacterial membrane system and 2) the gradual evolution of the prokaryote cell membrane system of ATP production into the mitochondria and chloroplast systems. Believers in endosymbiosis teach that mitochondria were once free-living bacteria, and that “early in evolution ancestral eukaryotic cells simply ate their future partners” (Vogel, 1998, p. 1633). Both the gradual conversion and endosymbiosis theory require many transitional forms, each new one which must provide the animal with a competitive advantage compared with the unaltered animals.
    The many contrasts between the prokaryotic and eukaryotic means of producing ATP, some of which were noted above, are strong evidence against the endosymbiosis theory. No intermediates to bridge these two systems has ever been found and arguments put forth in the theory’s support are all highly speculative. These and other problems have recently become more evident as a result of recent major challenges to the standard endosymbiosis theory. The standard theory has recently been under attack from several fronts, and some researchers are now arguing for a new theory:

    Scientists pondering how the first complex cell came together say the new idea could solve some nagging problems with the prevailing theory... “[the new theory is]... elegantly argued,” says Michael Gray of Dalhouisie University in Halifax, Nova Scotia, but “there are an awful lot of things the hypothesis doesn’t account for.” In the standard picture of eukaryote evolution, the mitochondrion was a lucky accident. First, the ancestral cell—probably an archaebacterium, recent genetic analyses suggest—acquired the ability to engulf and digest complex molecules. It began preying on its microbial companions. At some point, however, this predatory cell didn’t fully digest its prey, and an even more successful cell resulted when an intended meal took up permanent residence and became the mitochondrion. For years, scientists had thought they had examples of the direct descendants of those primitive eukaryotes: certain protists that lack mitochondria. But recent analysis of the genes in those organisms suggests that they, too, once carried mitochondria but lost them later (Science, 12 September 1997, p. 1604). These findings hint that eukaryotes might somehow have acquired their mitochondria before they had evolved the ability to engulf and digest other cells (Vogel, 1998, p. 1633).

    Summary

    In this brief review we have examined only one cell macromolecule, ATP, and the intricate mechanisms which produce it. We have also looked at the detailed supporting mechanism which allows the ATP molecule to function. ATP is only one of hundreds of thousands of essential molecules, each one that has a story. As each of those stories is told, they will stand as a tribute to both the genius and the enormously complex design of the natural world. All the books in the largest library in the world may not be able to contain the information needed to understand and construct the estimated 100,000 complex macromolecule machines used in humans. Much progress has been made in understanding the structure and function of organic macromolecules and some of the simpler ones are now being manufactured by pharmaceutical firms.
    Now that scientists understand how some of these highly organized molecules function and why they are required for life, their origin must be explained. We know only four basic methods of producing ATP: in bacterial cell walls, in the cytoplasm by photosynthesis, in chloroplasts, and in mitochondria. No transitional forms exist to bridge these four methods by evolution. According to the concept of irreducible complexity, these ATP producing machines must have been manufactured as functioning units and they could not have evolved by Darwinism mechanisms. Anything less than an entire ATP molecule will not function and a manufacturing plant which is less than complete cannot produce a functioning ATP. Some believe that the field of biochemistry which has achieved this understanding has already falsified the Darwinian world view (Behe, 1996).

    Jerry Bergman has seven degrees, including in biology, psychology, and evaluation and research, from Wayne State University, in Detroit, Bowling Green State University in Ohio, and Medical College of Ohio in Toledo. He has taught at Bowling Green State University, the University of Toledo, Medical College of Ohio and at other colleges and universities. He currently teaches biology, microbiology, biochemistry, and human anatomy at the college level and is a research associate involved in research in the area of cancer genetics. He has published widely in both popular and scientific journals.

    http://www.trueorigin.org/atp.asp
    Lần sửa cuối bởi thanhthanh, ngày 02-02-2013 lúc 10:13 AM.

  10. #10
    Moderator thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh is a splendid one to behold thanhthanh's Avatar
    Ngay tham gia
    Aug 2010
    Bài viết
    1,683
    Rep Power
    19

    Atp và sự tổng hợp atp

    ATP VÀ SỰ TỔNG HỢP ATP

    ATP - Trung tâm của trao đổi chất tế bào

    Tên gọi chung của tất cả các quá trình trao đổi chất trung gian là hiệu quả năng lượng của những biến đổi các chất hữu cơ, trong đó ATP được coi là dạng năng lượng dự trữ, nó có thể tham gia trao đổi trong các quá trình hoá học khác nhau. Phần lớn là các quá trình phản ứng hoạt hoá như trao đổi hydratcarbon, trao đổi axit béo, trao đổi các hợp chất chứa nitơ (axit amin, protein, axit nucleic...)..đều có tham gia của ATP.

    Như vậy, ATP vừa là chất tích luỹ năng lượng; đồng thời vừa là chất cung cấp năng lượng. Những công trình nghiên cứu gần đây đã chứng minh ATP còn giữ vai trò là chất gây ra biến đổi năng lượng. ATP có thể chuyển năng lượng dạng tĩnh của các liên kết hoá học thành năng lượng dạng động, nghĩa là năng lượng kích thích các phân tử làm cho các phân tử có thể phản ứng với nhau. Ví dụ : ATP tham gia vào các quá trình hình thành các nhóm hoạt động. Do đó, người ta có thể nói : "ATP là trung tâm của trao đổi chất tế bào".

    1. Đặc trưng cấu trúc và tính chất của hệ thống adenylic

    Vào năm 1847, Liebig, người đầu tiên phát hiện axit inosinic, đây là dấu hiệu mở đầu cho việc nghiên cứu nucleotid. Một trăm năm sau, năm 1940, người ta tìm được khoảng 10 liên kết thuộc nhóm nucleotid này, nhưng chỉ khoảng thời gian hai mươi năm tiếp theo, năm 1960, người ta đã biết tới trên 150 nucleotid khác nhau. Từ những sự kiện này là cơ sở để đẩy mạnh việc nghiên cứu chính xác những phản ứng tế bào quan trọng nhất, như vòng tuần hoàn hydro (Warburg), vòng tuần hoàn phosphat (Engelhardt) và nhóm điện thế (Lipmann).

    Nucleotid tự do có chức năng cực kỳ quan trọng trong trao đổi chất tế bào, đặc biệt chúng tham gia vào các quá trình vận chuyển các nhóm khác nhau. Dựa vào kết quả xác định hàm lượng thay đổi của các nucleotid mà người ta có thể phán đoán được đặc trưng chuyển hoá của mô hay cơ quan. Cho nên có thể coi nucleotid là chỉ thị của sự chuyển hoá tế bào.

    Trong số các nucleotid đã phát hiện thì trong tế bào có nhiều nucleotid -polyphosphat. Ví dụ như các liên kết giữa ađenosin với ortophosphat là AMP, ADP và ATP. Lohmann là người đầu tiên đã phát hiện và phân lập được ATP cách đây hơn 50 năm. Sau đó Marrion cũng đã phân lập được adenosin-5'-tetraphosphat và adenosin-5'-pentaphosphat là những dẫn xuất từ ATP. Tuy nhiên các tetra- và pentaphosphat chưa được chứng minh về ý nghĩa sinh học của chúng một cách chắc chắn.

    Adenosin-5'-triphosphat (ATP) là một mononucleotid gồm có các thành phần :
    • Bazơ chứa nitơ là adenin.
    • Đường pentose là ribose và
    • Ba gốc phosphat nằm thẳng hàng với nhau.
    • Liên kết giữa các gốc phosphat là liên kết kiểu anhydrid (Lohmann)
    Những chất tương tự ATP, nhất là các adenosinnucleotid mà có hai gốc phosphat là adenosin-5'-diphosphat (ADP) và một gốc phosphat là adenosin-5'-monophosphat (AMP). Các liên kết này có ý nghĩa tổng hợp trong việc vận chuyển nhóm và năng lượng, đặc biệt là vận chuyển kết hợp giữa phosphat với năng lượng.

    Do bản chất hoá học của ATP mà nó có vai trò vô cùng quan trọng trong trao đổi chất tế bào. Dựa vào hàm lượng năng lượng của liên kết O-P mà Lipmann đề nghị dùng dấu ngã (~) để phân biệt với các liên kết không giàu năng lượng khác. Ông cho rằng năng lượng giải phóng khi thuỷ phân hai liên kết cao năng trong phân tử ATP vào khoảng 8-12 kcal/mol.

    Ngày nay, người ta qui định những liên kết, khi thuỷ phân cho từ 5 kcal/mol trở lên đều gọi là liên kết cao năng (liên kết thế năng cao hay liên kết giàu năng lượng ). Những nghiên cứu đầ đủ và chính xác cho thấy rằng trong các điều kiện tiêu chuẩn mà ở pH=7,0 thì thuỷ phân liên kết phosphat ở giữa là 9,40kcal/mol. Kết quả đó có thấp hơn so với mức năng lượng sử dụng để tổng hợp chúng. Tất nhiên trong hệ thống sinh học ít có thể đạt được các điều kiện tiêu chuẩn, nên kết quả thu được có khác (ví dụ điều kiện sinh lý thì ATP/ADP=100:1 và H3PO4 là 0,001M), do đó khi thuỷ phân ATP thành ADP và H3PO4 giải phóng tới 14,60 kcal/mol.

    Những điều vừa trình bày trên cũng chưa thể nói hết vai trò của ATP trong quá trình vận chuyển phosphat và năng lượng, cũng như phân tử ATP có tính chất phản ứng nhiều mặt. Khi đi sâu nghiên cứu, người ta thấy: Sở dĩ hàm lượng năng lượng của những liên kết phosphat cao năng trong ATP là do hai nguyên tử oxy của γ và β-phosphat tích điện dương lớn hơn là nguyên tử oxy của α-phosphat (theo B.và A.Pullmann).

    Chính sự phân phối điện tích khác nhau như vậy trong phân tử ATP đã tạo ra cho ATP có khả năng tham gia vào nhiều phản ứng trao đổi chất và trao đổi năng lượng khác nhau trong hệ thống sinh học.

    Phản ứng của ATP có thể xảy ra theo bốn khả năng, trong đó một mặt là vận chuyển ortophosphat hay pyrophosphat và mặt khác là vận chuyển nhóm adenylic hoặc adenosin.
    Như vậy chứng tỏ ATP có tác dụng lên đa số các phản ứng trao đổi chất. Đặc biệt ATP là chất mang phosphat và năng lượng trong chuỗi hô hấp và đường phân (glycolyse). Nó có vai trò hoạt hoá axit amin, hoạt hoá axit béo, hoạt hoá các nucleotid,v.v...đối với các quá trình tổng hợp và phân giải các chất này. Ngoài ra ATP còn có vai trò trong việc tạo thành "sunfat", "methyl" hoạt động,v.v...Bên cạnh đó, ATP còn có chức năng sinh học trực tiếp trong hiện tượng co cơ, tham gia trực tiếp vào vận chuyển ion, các quá trình hấp phụ và phản hấp phụ khác nhau. Bởi vì ATP không chỉ là cơ chất để tổng hợp axit nucleotid mà còn là chất chế biến năng lượng cho các phản ứng kích thích tổng hợp và phân giải các chất. Mặt khác ATP là sản phẩm phosphoryl hoá trực tiếp của ADP, do đó nó cod tính axit mạnh và có nhiều nhóm hydroxyl (-OH), vì vậy nó có thể đảm nhiệm chức năng phản ứng nhiều mặt trong hệ thống sống.

    2. Vai trò của ATP trong trao đổi chất

    Như ta đã biết, adenosintriphosphat là một chất chế biến và vận chuyển năng lượng. Nó được tạo thành trong quá trình phân giải các chất khác nhau như oxy hoá các chất trong ty thể, đường phân và lên men, quang hợp ở diệp lục của thực vật xanh và các quá trình vận chuyển ion ở vi khuẩn,...Ngược lại, ATP cũng là chất cung cấp năng lượng cho các quá trình tổng hợp của cơ thể sinh vật. Đó là các phản ứng gắn liền với phân giải phân tử ATP, công co cơ, sinh tổng hợp các chất protein, axit nucleic,...cũng như sản sinh và duy trì tính phân bố không đều các chất giữa tế bào với môi trường xung quanh.

    Trong các phần trước cho thấy, sự thay đổi năng lượng tự do âm, khi thuỷ phân nhóm phosphat tận cùng của ATP lớn hơn là khi thuỷ phân liên kết esterphosphat. Ví dụ khi thuỷ phân phosphat tận cùng của ATP năng lượng giải phóng vào khoảng DG0 = - 32,7 kJ/mol, còn thuỷ phân liên kết esterphosphat của glucose-6-phosphat chỉ giải phóng năng lượng tự do vào khoảng DG0 = - 12,6 kJ/mol.

    Khác biệt này, do năng lượng tự do tích luỹ trong liên kết năng lượng và liên kết cao năng khác nhau. Đa số, các liên kết giàu năng lượng là các liên kết phosphat có cấu trúc anhydrid (như ATP, ADP, acetyphosphat, aminoacetyl-adenylat, pyrophosphat,...), có cấu trúc enolphosphat (phosphoenolpyruvat), và cấu trúc phosphoguanidinphosphat (creatinphosphat), cũng như thioester (ví dụ acetyl-CoA) và S-adenosylmethionin (methionin hoạt động). Còn các liên kết nhiệt lượng thì khi thuỷ phân, nhiệt năng giải phóng nhỏ hơn -16 kJ/mol, thường là các sản phẩm trung gian của đường phân như glucose -6-phosphat, fructose-6-phosphat, glycerat-3-phosphat,v.v...

    Vận chuyển một liên kết esterphosphat từ chất cho phosphat đến chất nhận phosphat có ý nghĩa quan trọng trong trao đổi chất. Quá trình này gọi là chuyển phosphoryl hoá. Dựa vào ý nghĩa của các phản ứng vận chuyển như vậy, người ta đề xuất khái niệm “Thế năng nhóm vận chuyển “.

    Những liên kết giàu năng lượng có thế năng vận chuyển nhóm cao, ví dụ như hai phản ứng chuyển phosphat mô tả ở trên mà có ATP là chất cho phosphat. Khi chuyển esterphosphat tận cùng của ATP lên glucose là chất nhận (tạo thành esterphosphat với thế năng vận chuyển phosphat thấp) làm giảm năng lượng tự do và phản ứng không thuận nghịch. Còn chuyển phosphat từ ATP đến AMP hay từ ATP đến creatin dẫn đến tạo thành các liên kết phosphat giàu năng lượng (ADP hoặc A-R-P~P hay creatin~P). Như vậy, các phản ứng này xảy ra giữa các liên kết có thế năng vận chuyển nhóm cao, nghĩa là không thải nhiệt tự do và xảy ra thuận nghịch.

    3. Những liên kết giàu năng lượng với phản ứng phối hợp

    Những biến đổi vật chất trong cơ thể sống được chia làm ba nhóm :

    -Các phản ứng tiêu hao năng lượng (các quá trình endergone, phần lớn là các phản ứng tổng hợp).
    -Các phản ứng cung cấp năng lượng (các quá trình endergone, phần lớn là các phản ứng phân giải).
    -Những biến đổi vật chất mà không có biểu hiện năng lượng cơ bản.

    Kết hợp giữa những phản ứng tổng hợp - tiêu hao năng lượng với các phản ứng phân giải cung cấp năng lượng, thực hiện bằng chất mang năng lượng. Những liên kết có chức năng mang năng lượng thường có hàm lượng năng lượng cao (thế năng hoá học cao). Người ta còn gọi các liên kết này là liên kết giàu năng lượng hay liên kết thế năng vận chuyển nhóm cao. Hàm lượng năng lượng cao của các liên kết này trình bày trong bảng 1.

    Bảng 1. Giá trị AG0 khi thuỷ phân các liên kết cao năng.

    Liên kết
    AG0(kJ/mol)
    Liên kết
    AG0 (kJ/mol)
    Pyrophsphat
    25,1
    Acetylphosphat
    36,4
    Acetyl-Coenzym A
    26,4
    Creatinphosphat
    41,0
    Adenosindiphosphat
    27,2
    Phosphoenlpyrovat
    51,9
    Adenosintriphosphat
    32,7
    Aminoacyladenylat
    54,4

    Những dẫn liệu này là kết quả thuỷ phân các liên kết cung cấp năng lượng tự do cao. Bảng 1. khái quát về các hợp chất tiêu biểu nhất, cũng như những thay đổi năng lượng tự do khi thuỷ phân các liên kết này trong các điều kiện tiêu chuẩn. Còn khi thuỷ phân các liên kết esterphosphat thông thường chỉ giải phóng 10-16 kJ/mol.

    Từ bảng 4.1 cho thấy, các liên kết giàu năng lượng đều có chứa gốc phosphat. Các gốc phosphat này hoặc là gắn với axit phosphoric hay gắn với một gốc axit yếu khác theo kiểu liên kết anhydrid. Trong số các liên kết phosphat này thì adenosintriphosphat (ATP) là hợp chất quan trọng nhất. Từ đó, tế bào có thể sử dụng ATP để thực hiện các phản ứng tiêu hao năng lượng trong quá trình tồn tại, sinh trưởng và phát triển của chúng, trong đó gốc phosphat được chuyển đến các chất nhận thích hợp và sử dụng thế năng vận chuyển nhóm cao của ATP.

    4. Quá trình tổng hợp ATP

    4.1. Sơ lược về sự tổng hợp ATP ở tế bào

    Nồng độ ATP bên trong tế bào thường 10-10 mM. ATP có thể được sản xuất bởi các phản ứng khử bằng cách sử dụng các loại đường đơn giản và phức tạp (carbohydrates) hoặc lipid. Đối với ATP được tổng hợp từ các loại nhiên liệu phức tạp, trước tiên chúng được thủy phân thành các thành phần đơn giản. Carbohydrates được thuỷ phân thành đường đơn, như glucose và fructose. Chất béo (triglycerides) được chuyển hóa để cung cấp cho các axit béo và glycerol.

    Quá trình oxy hóa glucose thành CO2 và H2O được gọi là hô hấp tế bào và có thể tạo ra từ 34-38 phân tử ATP từ một phân tử glucose. ATP được sản xuất bởi các quá trình riêng biệt của tế bào. Ba con đường chính được sử dụng để tạo ra năng lượng trong các sinh vật eukaryotic là glycolysis; chu trình acid citric, oxy hóa phosphoryl hóa và beta-oxy hóa. Phần lớn ATP trong các tế bào có nhân thật được tổng hợp trong ty thể qua quá trình hố hấp hiếu khí.

    + Quá trình đường phân (Glycolysis)

    Trong glycolysis, glucose và glycerol được chuyển hóa thành pyruvate. Trong hầu hết các sinh vật, quá trình này xảy ra trong tế bào chất, nhưng trong một số động vật nguyên sinh như kinetoplastid được thực hiện trong một cơ quan chuyên biệt gọi là glycosome. Glycolysis tạo ra hai phân tử ATP thông qua quá trình phosphoryl hóa cơ chất và được xúc tác bởi hai enzymes: PGK và pyruvate kinase. Hai phân tử NADH cũng được tạo ra và chúng được oxy hóa qua các chuỗi vận chuyển điện tử và tạo ra ATP qua enzym ATP synthase. Các phân tử pyruvate tham gia vào chu trình Krebs.

    +Chu trình acid citric và oxy hóa phosphoryl hóa

    Trong ty thể, pyruvate bị ôxi hóa tạo thành acetyl CoA dưới sự xúc tác của enzym pyruvate dehydrogenase, sau đó bị ôxi hóa thành CO2 và H2O qua chu trình acid citric (còn gọi là chu trình Krebs). Mỗi chu kỳ tạo ra hai phân tử của CO2 , một phân tử ATP (GTP) thông qua quá trình phosphoryl hóa cơ chất; ba phân tử NADH và một phân tử các FADH2 . NADH và FADH2 tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử tạo ra ATP qua enzym ATP Synthase. Mỗi phân tử NADH tổng hợp được từ 2-3 phân tử ATP và mỗi phân tử FADH2 tổng hợp khoảng 1,5 phân tử ATP. Phần lớn ATP được tạo ra bởi quá trình này. Mặc dù chu trình acid citric không liên quan đến phân tử oxy, nó là một quá trình yếm khí. Tuy nhiên, vì O2 cần thiết cho việc tái tạo FAD+ và NAD+ nên ảnh hưởng đến chu trình Krebs. Thiếu oxy sẽ làm cho chu trình acid citric sẽ ngừng lai vì thiếu NAD+ và FAD+.

    NADH từ tế bào chất vào ty thể qua các con thoi malat-aspartate (hoặc con thoi glycerol-phosphate) bởi vì các màng ty thể là không thấm với NADH và NAD+. Thay vận chuyển NADH qua màng, một enzyme dehydrogenase malat oxaloacetate chuyển hóa thành malat, malat thấm vào nội chất ty thể. Dưới sự xúc tác của enzym malat dehydrogenase, malat được biến đổi ngược lại, tạo ra oxaloacetate và NADH. Sau đó oxaloacetate được vận chuyển trở lại qua màng đến tế bào chất.

    Trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, việc chuyển giao các điện tử từ NADH và FADH2 qua chuỗi vận chuyển điện tử đã tạo ra bơm proton từ nội chất ty thể đến không gian giữa hai lớp màng. Điều này tạo ra một động lực proton hay một gradient pH và một gradient điện thế giữa hai lớp màng ty thể. Dòng các proton sẽ vận chuyển từ không gian giữa hai lớp màng đến nội chất ty thể tạo ra động lực cho sự tổng hợp của ATP của enzym ATP synthase. Enzyme này chứa một tiểu đơn vị có thể quay trong quá trình tổng hợp ATP.

    + Beta hóa

    Các axit béo được phân cắt để tạo thành acetyl-CoA bởi quá trình beta oxy hóa. Mỗi vòng của chu kỳ làm giảm độ dài của chuỗi acyl hai nguyên tử carbon và tạo một phân tử NADH và FADH2, chúng cũng được sử dụng để tạo ra ATP bằng cách phosphoryl hóa oxy hóa. Bởi vì NADH và FADH2 là các phân tử giàu năng lượng, rất nhiều phân tử ATP có thể được tạo ra bởi quá trình oxy hóa-beta của một chuỗi acyl. Điều này giải thích tại sao chất béo cho nhiều năng lượng.

    + Sự hô hấp yếm khí

    Hô hấp hoặc lên men kỵ khí là quá trình ôxi hóa không có O2 như một nguồn tiếp nhận electron. Trong hầu hết các sinh vật nhân chuẩn, glucose được sử dụng như chất tạo năng lượng và tạo ra điện tử. Phương trình oxy hóa glucose thành acid lactic như sau:

    C6H12O6 à 2CH3CH(OH)COOH + 2ATP

    Ở sinh vật nhân sơ, các chất nhận điện tử có thể được sử dụng trong hô hấp kỵ khí. Chúng bao gồm nitrat, sulfat hoặc carbon dioxide. Các quá trình này dẫn đến các quá trình sinh thái quan trọng như nitrat hóa, giảm sulfate và acetogenesis.

    +Sự bổ sung ATP bởi diphosphate kinaza nulceosit

    ATP cũng có thể được tổng hợp bổ sung qua phản ứng xúc tác bởi các enzyme của kinase nucleoside diphosphate (NDKs), trong đó sử dụng Diphosphates nucleoside khác như là nguồn cung cấp phosphate giàu năng lượng cao để tạo ATP:

    ADP + ADP à ATP + AMP

    + ATP sản xuất trong quá trình quang hợp.

    Ở thực vật, ATP được tổng hợp trong màng thylakoid của lục lạp trong khi các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng của quang hợp trong quá trình gọi là photophosphorylation. Ở đây, năng lượng ánh sáng được sử dụng để bơm proton qua màng lục lạp. Điều này tạo ra một động lực proton và làm quay các tiểu phần của ATP synthase, như quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Các phân tử ATP được sản xuất trong các lạp lục được tiêu thụ trong chu trình Calvin, tạo ra đường triose.

    + Sự tái tạo ATP.

    Các phân tử ATP được tổng hợp từ ADP qua các quá trình đã nói ở trên. Vì thế, ở bất kỳ thời điểm nào, trong tế bào tổng lượng ATP và ADP là tương đối ổn định. Hàng ngày, năng lượng các tế bào của con người sử dụng qua sự thủy phân khoảng 50-70 kg ATP. Như vậy, một người sẽ sử dụng hết khối lượng ATP tương đương khối lượng cơ thể trong một ngày. Điều này có nghĩa là mỗi phân tử ATP được tái chế 1000-1500 lần trong một ngày (100/0,1=1.000). ATP không thể được lưu trữ, do đó nó được sử dụng ngay sau khi tổng hợp ra.

    4.2. Thuyết thẩm thấu hóa học

    Thuyết hóa thẩm thấu dựa trên tính thấm proton H+ qua màng ty thể. Quá trình vận chuyển e- trong chuỗi hô hấp tạo thành gradient proton ở màng trong ty thể. Chính sự hình thành gradient này đã làm cho các thành phần của chuỗi hô hấp “thay đổi trạng thái và chức năng đặc biệt”, không xếp theo trình tự. Kết quả của quá trình này là tạo nên một vùng vận chuyển proton ở màng trong ty thể. Hai proton của phân tử hydro đã tách ra từ NADH2 được đi vào không gian giữa hai lớp màng nhờ bơm proton, các e- từ hệ thống oxy hóa được trung tâm Fe–S–Pr tiếp nhận và vận chuyển trở lại. Như vậy, sự xuất hiện gradient proton là động lực thúc đẩy tổng hợp ATP.

    Thuyết hóa thẩm thấu dựa vào 3 quan điểm sau đây:

    -Màng trong ty thể có tính bán thấm proton.
    -Chuỗi hô hấp có tác dụng như một bơm proton.
    -Tổng hợp ATP thực hiện bằng ATPsynthase hoạt động không đồng thời một hướng.
    Màng trong ty thể có 2 bơm proton: một hình thành do gradient proton, còn bơm thứ hai là ATPsynthase có tác dụng tổng hợp ATP: ATP + Pi à ATP. Như vậy, bơm proton hoạt động nhờ hệ thống oxy hóa khử chuỗi hô hấp. Khi chuyển từ trạng thái kị khí sang trạng thái hiếu khí thì ty thể tạo ra dòng proton ty thể.

    Luận điểm cơ bản của thuyết thẩm thấu hóa học là màng ty thể thuộc nhóm màng có khả năng biến đổi gradient nồng độ H+ thành năng lượng sinh học là ATP. Tính chất đặc biệt này không chỉ riêng ở ty thể mà còn có ở màng lạp thể và màng vi khuẩn. Màng ty thể có khả năng chuyển hóa năng lượng oxy hóa hydro thành năng lượng sinh học ATP. Đây là một nguyên tắc chuyển hóa năng lượng đặc biệt trong tự nhiên. Năng lượng gradient proton có nguồn gốc sinh hóa học, không cần phải tạo thành ATP trung gian. Từ đó có thể suy luận rằng: vi khuẩn cũng có những quá trình vận chuyển nhất định và màng ngoài có khả năng tổng hợp ATP trực tiếp bằng gradient proton hay kết hợp với gradient điện thẩm hóa hoc.

    Người ta đã tiến hành 2 thí nghiệm để chứng minh sự thẩm thấu hóa học kèm theo quá trình tổng hợp ATP.

    Thí nghiệm 1 đã chứng minh giả thuyết tổng hợp ATP là kết quả của một gradient proton H+ ở màng trong ty thể. Trong thí nghiệm này, màng trong ty thể không cần nguồn vận chuyển điện tử để tổng hợp ATP khi các nhà nghiên cứu tạo ra sự chênh lệch nồng độ H+. Một mẫu của ty thể bị cô lập đã được tiếp xúc với một nồng độ H+ thấp đã đột ngột đưa vào môi trường với sự tập trung H+ với nồng độ cao. Màng ngoài ty thể không giống như màng trong, tự do thấm H+, do đó, H+nhanh chóng khuếch tán vào trong không gian màng. Điều này tạo ra một gradient nhân tạo qua màng trong ty thể và quá trình tổng hợp ATP từ ADP và Pi được diễn ra. Điều này hỗ trợ giả thuyết và cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho cơ chế tổng hợp ATP.

    Thí nghiệm 2 đã kiểm tra giả thuyết rằng enzyme ATP synthase kết hợp với gradien proton để tổng hợp ATP. Trong thí nghiệm này, bơm proton được cô lập từ một loại vi khuẩn được bổ sung vào các túi màng nhân tạo. Khi một nguồn năng lượng được cung cấp, H+ được bơm vào bên trong những cái túi, tạo ra gradient. Người ta đã gắn ATPsynthase được tách ra từ ty thể của động vật có vú vào màng nhân tạo này và quá trình tổng hợp ATP đã xảy ra. Kết quả này đã chứng minh enzyme ATP synthase trên màng đã xúc tác cho phản ứng tổng hợp ATP.

    4.3.Cấu tạo và cơ chế hoạt động của enzym ATPsynthase

    Enzim ATPsynthase gồm có hai miền: Miền Fo có kênh proton và trục; miền F1 có màu đỏ và màng màu xám. Enzim tổng hợp ATP còn được gọi là complex V, là enzim cuối cùng trong con đường phosphoryl hóa oxy hóa . Enzim tổng hợp ATP được tìm thấy trong mọi hoạt động sống và hoạt động như nhau ở tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực. Enzim này dùng năng lượng dự trữ từ sự chênh lệch proton (gradien proton) xuyên qua màng để thúc đẩy sự tổng hợp ATP từ ADP và phosphat vô cơ (Pi). Để tổng hợp 1 ATP cần 3-4 proton. Ở một số tế bào số lượng proton để tổng hợp 1 phân tử ATP có thể thay đổi:

    ADP + Pi + 4H+ (cytosol) à ATP + H2O + 4H+ (matrix)

    Phản ứng phosphoryl hóa là một hệ cân bằng động, có thể chuyển dịch bằng cách thay đổi lực đẩy proton. Khi có mặt lực đẩy proton thì phản ứng tổng hợp ATP diễn ra theo chiều từ phải sang trái (phản ứng nghịch), để phân giải ATP và bơm proton ra khỏi vùng cơ chất (matrix) xuyên qua màng. Khi lực đẩy proton lớn thì phản ứng diễn ratheo chiều ngược lại từ trái qua phải, làm cho gradien nồng độ proton hạ xuống và ADP chuyển thành ATP
    Enzim tổng hợp ATP là một phức hợp lớn có cấu tạo dạng cây nấm. Ở động vật có vú phức hợp này chứa 16 tiểu phần nhỏ, có khối lượng khoảng 600kD. Phần nằm trong màng gọi là Fo: chứa một vòng các tiểu phần c và kênh proton, một cái cuống và đầu dưới hình cầu như quả banh gọi là F1 và là vị trí mà ATP sẽ được tổng hợp. Ở phía cuối đầu hình quả banh của F1 có chứa 6 phân tử Protein với hai kiểu khác nhau ( 3 tiểu phần alpha và 3 tiểu phần beta)

    Còn cái cuống là một protein chuỗi gamma, có đầu cuối kéo dài đâm sâu vào đầu hình quả banh và các tiểu phần alpha và beta. Cả hai tiểu phần alpha và beta đều liên kết với các nucleotit, nhưng chỉ có tiểu phần beta xúc tác phản ứng tổng hợp ATP. Kéo dài theo phần F1quay ngược vào màng là một tiểu phần hình gậy cấm sâu vào các tiểu phần alpha và beta vào đến chân đế của enzim.

    Khi các proton xâm nhập vào, chúng qua màng xuyên qua kênh vào đế của enzim tổng hợp ATP thì động cơ điều khiển proton Fo quay tròn. Sự xoay này có thể được gây ra bởi sự thay đổi trong quá trình ion hóa các axit amin trong tiểu phần c , gây ra sự tương tác tĩnh điện thúc đẩy vòng c chạy xuyên qua kênh proton. Vòng xoay này đến lượt sẽ điều khiển sự xoay tròn của trục trung tâm (là tiểu phần gamma) ở giữa hai tiểu phần alpha và beta. Hai tiểu phần alpha và beta sẽ bị ngăn sự xoay quay chúng bằng tay đòn ngang hoạt động như một stator của máy phát điện. Sự chuyển động của đầu mút của tiểu phần gamma trong quả cầu alpha và beta cung cấp năng lượng cho hoạt động bên trong tiểu phần beta trãi qua một chu kỳ chuyển động sẽ giải phóng ATP.

    Cấu trúc các thành phần của Enzim tổng hợp ATP : ATP có màu đỏ, ADP và Pi có màu hồng, còn tiểu phần xoay tròn gamma có màu đen.

    Phản ứng tổng hợp ATP là cơ chế chuyển đổi liên kết liên quan đến vai trò tích cực của tiểu phần beta, xoay tròn giữa 3 trạng thái:

    - Trạng thái mở: ADP và Pi xâm nhập vào trung tâm hoật động của enzim (vị trí tích cực). Protein tiến gần đến phân tử và liên kết lỏng lẽo với chúng.
    - Trạng thái rời rạc: enzim thay đổi hình dạng và liên kết các phân tử này với nhau trong trung tâm hoạt động dẫn đến trạng thái chặt.
    -Trạng thái chặt : liên kết những phân tử ATP mới hình thành với ái lực cao, cuối cùng trung tâm hoạt động tích cực này quay lại trạng thái mở giải phóng ATP và kết hợp thêm ADP với Pi , sẳn sàng cho chu kỳ tiếp theo.

    Các chất ức chế quá trình tổng hợp ATP

    Có vài loại thuốc và độc tố có khả năng ức chế quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Bất kỳ một chất nào trong số các độc tố cũng có khả năng ức chế chỉ một enzim trong dây chuyền vận chuyển điện tử, và ức chế bất kỳ bước nào trong quá trình này cũng làm chặn đứng phần còn lại của tiến trình.

    Ví dụ oligomycin ức chế Enzim tổng hợp ATP, proton không thể đi ngược vào trong ty thể, kết quả là bơm proton không thể hoạt động khi gradien trở nên quá lớn cho chúng vượt qua. NADH không còn bị oxy hóa nữa và chu trình acide citrite ngừng hoạt động bởi vì nồng độ NAD+ tụt xuống dưới mức mà các enzim có thể hoạt động.

    Các hợp chất
    Cách dùng
    Hiệu lực trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa
    Cyanide
    Cacbonmonoxide
    Thuốc độc Ức chế dây chuyền vận chuyển điện tử,bằng cách liên kết mạnh oxy vào trung tâm Fe-Cu trong cytocrom oxidase, ngăn chặn sự khử oxy
    Oligomycin Kháng sinh Ức chế Enzim tổng hợp ATP bằng cách ngăn chặn dòng proton đi qua tiểu phần Fo
    CCCP
    2,4- Dinitrophenol
    Thuốc độc Ion hóa nhằm bẻ gãy gradien proton bằng cách vận chuyển các proton đi qua màng .Bơm các proton ion hóa không kết cặp trong tổng hợp ATP bởi vì nó mang proton qua màng trong ty thể
    Rotenone Trừ côn trùng gây hại Ngăn chặn dây chuyền vận chuyển điện tử từ phức hệ I tới ubiquinone bằng cách chặn các vị trí liên kết ubiquinone
    Malonate và
    oxaloacetate

    Cạnh tranh với các chất ức chế của succinate dehydrogenase ( phức hệ II)


    Trong tế bào không chỉ có các chất ức chế là các độc tố ngăn chặn quá trình phosphoryl hóa oxy hóa mà còn có các chất có trong mô mỡ màu nâu, là các protein điều tiết kênh proton, chúng là các protein không cặp đôi có thể không kết cặp với chuỗi hô hấp để tổng hơp ATP. Quá trình này nhanh chóng tạo nhiệt, và là con đường đặc biệt quan trọng nhằm bảo đảm thân nhiệt cho động vật khi ngủ đông. Mặc khác các protein này còn có chức năng quan trọng trong việc ngăn chặn trình trạng stress cho tế bào.

    http://traodoichat.blogspot.com/2011/06/chuong-4-atp-va-su-tong-hop-atp.html
    Lần sửa cuối bởi thanhthanh, ngày 02-02-2013 lúc 10:44 AM.

+ Trả lời Chủ đề
Quyền viết bài
  • Bạn Không thể gửi Chủ đề mới
  • Bạn Không thể Gửi trả lời
  • Bạn Không thể Gửi file đính kèm
  • Bạn Không thể Sửa bài viết của mình