4.23 : ATP Energy Storage and Release

ATP jest wysoce niestabilną cząsteczką. O ile ATP nie zostanie szybko wykorzystane do wykonania pracy, spontanicznie dysocjuje na ADP i nieorganiczny fosforan (P_i), a darmowa energia uwalniana podczas tego procesu jest tracona w postaci ciepła. Energia uwalniana w wyniku hydrolizy ATP jest wykorzystywana do wykonywania pracy wewnątrz ogniwa i zależy od strategii zwanej sprzężeniem energii. Komórki sprzęgają egzergoniczną reakcję hydrolizy ATP z reakcjami endergonicznymi, umożliwiając im kontynuację.

Jednym z przykładów sprzężenia energii za pomocą ATP jest transbłonowa pompa jonowa, która jest niezwykle ważna dla funkcji komórkowych. Ta pompa sodowo-potasowa (pompa Na⁺/K⁺) wypycha sód z komórki i potas do komórki. Duży procent ATP komórki jest zużywany na zasilanie tej pompy, ponieważ procesy komórkowe regularnie importują duże ilości sodu do komórki i eksportują duże ilości potasu z komórki. Pompa stale pracuje nad stabilizacją stężeń sodu i potasu w komórkach. Aby pompa mogła obrócić się w jednym cyklu (eksportując trzy jony Na⁺ i importując dwa jony K⁺), jedna cząsteczka ATP musi zostać zhydrolizowana. Kiedy ATP jest hydrolizowany, jego fosforan gamma jest przenoszony na białko pompy.

Ten proces wiązania grupy fosforanowej z cząsteczką nazywa się fosforylacją. Podobnie jak w większości przypadków hydrolizy ATP, fosforan z ATP jest przenoszony na inną cząsteczkę. W stanie fosforylacji pompa Na⁺/K⁺ ma więcej swobodnej energii i jest wyzwalana do zmiany konformacyjnej. Ta zmiana pozwala mu uwolnić Na⁺ na zewnątrz komórki. Następnie wiąże zewnątrzkomórkowy K⁺, który poprzez kolejną zmianę konformacyjną powoduje odłączenie się fosforanu od pompy. To uwalnianie fosforanu powoduje, że K⁺ jest uwalniany do wnętrza komórki. Zasadniczo energia uwalniana w wyniku hydrolizy ATP jest sprzężona z energią potrzebną do zasilania pompy i transportu jonów Na⁺ i K⁺. ATP wykonuje pracę komórkową przy użyciu tej podstawowej formy sprzężenia energii poprzez fosforylację.

Często podczas komórkowych reakcji metabolicznych, takich jak synteza i rozpad składników odżywczych, pewne cząsteczki muszą nieznacznie zmienić swoją konformację, aby stać się substratami dla następnego kroku w serii reakcji. Jednym z przykładów jest glikoliza, pierwsze etapy oddychania komórkowego. W tym pierwszym etapie ATP jest wymagane do fosforylacji glukozy, tworząc wysokoenergetyczny, ale niestabilny produkt pośredni. Ta reakcja fosforylacji napędza zmianę konformacyjną, która umożliwia fosforylowanej cząsteczce glukozy przekształcenie się w fosforylowaną cukier fruktozę. Fruktoza jest niezbędnym produktem pośrednim, aby glikoliza mogła postępować. W tym przypadku reakcja egzergoniczna hydrolizy ATP w połączeniu z endergoniczną reakcją fosforylacji glukozy stanowi etap pośredni w szlaku. Po raz kolejny energia uwolniona przez zerwanie wiązania fosforanowego w ATP została wykorzystana do fosforylacji innej cząsteczki, tworząc niestabilny produkt pośredni i napędzając ważną zmianę konformacyjną.

Ten tekst jest adaptacją <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/6-4-atp-adenosine-triphosphate">Openstax, Biology 2e, Section 6.4:ATP: Adenozynotrifosforan