एटीपी संश्लेषण और जल-अपघटन

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) कोशिका की केंद्रीय ऊर्जा मुद्रा है, और एडीपी तथा अकार्बनिक फॉस्फेट से इसका निरंतर संश्लेषण और एडीपी में इसका जल-अपघटन एक ऐसा चक्र बनाता है जो ऊर्जा-उत्पादक प्रक्रियाओं को ऊर्जा-आवश्यक प्रक्रियाओं से जोड़ता है। एटीपी के टर्मिनल फॉस्फोएनहाइड्राइड बंध के जल-अपघटन से निकलने वाली मुक्त ऊर्जा का उपयोग कोशिकाएं अपने अधिकांश कार्यों को शक्ति प्रदान करने के लिए करती हैं।

Definition

एटीपी संश्लेषण एडीपी का एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट में फॉस्फोराइलेशन है, और एटीपी जल-अपघटन एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट में इसके टर्मिनल फॉस्फोएनहाइड्राइड बंध का विखंडन है; इन दोनों का युग्मित चक्र मुक्त ऊर्जा को संग्रहीत और जारी करता है जो कोशिकीय प्रक्रियाओं को संचालित करता है।

Scope

यह प्रविष्टि बताती है कि एटीपी जल-अपघटन ऊर्जावान रूप से अनुकूल क्यों है, एटीपी के संश्लेषण के मार्ग (सब्सट्रेट-स्तर और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन), एटीपी सिंथेज़ की भूमिका, और जिस तरह से एटीपी-एडीपी चक्र कैटाबॉलिज्म को जैवसंश्लेषण, परिवहन और यांत्रिक कार्य से जोड़ता है। यह एटीपी को जैव रसायन में एक जैव-ऊर्जा विषय के रूप में मानता है, न कि नैदानिक ​​मार्गदर्शन के रूप में।

Core questions

• एटीपी का जल-अपघटन प्रयोग करने योग्य मुक्त ऊर्जा क्यों जारी करता है?
• एडीपी से एटीपी किन मार्गों से पुनर्जीवित होता है?
• एटीपी सिंथेज़ प्रोटॉन ढाल को एटीपी निर्माण से कैसे जोड़ता है?
• एटीपी-एडीपी चक्र ऊर्जा आपूर्ति को ऊर्जा मांग से कैसे जोड़ता है?

Key concepts

• एटीपी सार्वभौमिक ऊर्जा मुद्रा के रूप में
• फॉस्फोएनहाइड्राइड बंध और जल-अपघटन की मुक्त ऊर्जा
• एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट उत्पादों के रूप में
• सब्सट्रेट-स्तर बनाम ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन
• एटीपी सिंथेज़ और घूर्णी उत्प्रेरण
• एटीपी-एडीपी चक्र और तीव्र टर्नओवर
• ऊर्जा चार्ज और चयापचय युग्मन

Key theories

एटीपी सिंथेज़ द्वारा घूर्णी उत्प्रेरण

एटीपी सिंथेज़ एक घूर्णी तंत्र के माध्यम से एटीपी बनाता है जिसमें प्रोटॉन प्रवाह एंजाइम के एक हिस्से के घूर्णन को संचालित करता है, चक्रीय रूप से उत्प्रेरक स्थलों के विन्यास को बदलता है ताकि एडीपी और फॉस्फेट बंधे हों, एटीपी में संघनित हों, और जारी हों; F1 उत्प्रेरक सिर की उच्च-रिज़ॉल्यूशन संरचना ने इस बंधन-परिवर्तन, घूर्णी मॉडल के लिए मजबूत समर्थन प्रदान किया।

Mechanisms

एटीपी अपने दो टर्मिनल फॉस्फोएनहाइड्राइड बंधों में मुक्त ऊर्जा वहन करता है; एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट (या एएमपी और पाइरोफॉस्फेट) में उनका जल-अपघटन थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल है, और कोशिकाएं इस रिलीज को साझा फॉस्फोराइलेटेड मध्यवर्ती के माध्यम से अन्यथा प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं से जोड़ती हैं। एटीपी को दो मुख्य मार्गों से पुनर्जीवित किया जाता है: सब्सट्रेट-स्तर फॉस्फोराइलेशन, जिसमें एक फॉस्फेट सीधे एक उच्च-ऊर्जा चयापचय मध्यवर्ती से स्थानांतरित होता है, और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन, जिसमें एटीपी सिंथेज़ माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटॉन-मोटिव बल का उपयोग करता है। एटीपी सिंथेज़ घूर्णी उत्प्रेरण द्वारा संचालित होता है: प्रोटॉन प्रवाह घूर्णन को संचालित करता है जो चक्रीय रूप से अपने उत्प्रेरक स्थलों को सब्सट्रेट्स को बांधने, एटीपी बनाने और इसे जारी करने के लिए बदलता है। क्योंकि एटीपी लगभग उतनी ही तेजी से खपत होता है जितनी तेजी से बनता है, स्थायी पूल छोटा होता है और कई बार पुनर्चक्रित होता है, इसलिए यह एटीपी-एडीपी चक्र का टर्नओवर है, न कि पूल का आकार, जो कोशिकीय ऊर्जा की मांग को पूरा करता है।

Clinical relevance

उच्च और उतार-चढ़ाव वाली ऊर्जा मांगों वाले ऊतक तेजी से एटीपी पुनर्जनन पर निर्भर करते हैं, और एटीपी संश्लेषण को बाधित करने वाली स्थितियां - जैसे माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन की विफलता या ऑक्सीजन और ईंधन की आपूर्ति में रुकावट - तेजी से ऊर्जा की कमी और कोशिका क्षति का कारण बनती हैं। यह प्रविष्टि जैव रसायन की व्याख्या करती है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

History

फ्रिट्ज लिपमैन के मध्य-बीसवीं शताब्दी के उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बंध के सूत्रीकरण ने एटीपी को कोशिका की ऊर्जा मुद्रा के रूप में स्थापित किया और फॉस्फेट-स्थानांतरण चक्र के विचार को प्रस्तुत किया। पीटर मिशेल की केमियोस्मोटिक परिकल्पना ने तब समझाया कि कैसे एक प्रोटॉन ढाल एटीपी संश्लेषण को संचालित करता है, और एटीपी सिंथेज़ के घूर्णी, बंधन-परिवर्तन तंत्र को पॉल बॉयर से जुड़े काम के माध्यम से विस्तृत किया गया और जॉन वॉकर और सहयोगियों द्वारा संरचनात्मक रूप से पुष्टि की गई।

Key figures

• Fritz Lipmann
• Peter Mitchell
• Paul Boyer
• John Walker

Seminal works

• mitchell-1961
• abrahams-1994

Frequently asked questions

एटीपी को उच्च-ऊर्जा अणु के रूप में क्यों वर्णित किया जाता है?

इसके टर्मिनल फॉस्फोएनहाइड्राइड बंध जल-अपघटन पर पर्याप्त मात्रा में मुक्त ऊर्जा जारी करते हैं, जिसे कोशिकाएं उन प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए जोड़ सकती हैं जो अन्यथा आगे नहीं बढ़ेंगी; यह शब्द इस स्थानांतरण क्षमता को संदर्भित करता है, न कि बंध की अस्थिरता को।

उपयोग होने के बाद एटीपी कैसे पुनर्जीवित होता है?

एडीपी को वापस एटीपी में फॉस्फोराइलेट किया जाता है, मुख्य रूप से माइटोकॉन्ड्रियल एटीपी सिंथेज़ में ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन द्वारा, और कम हद तक ग्लाइकोलाइसिस और साइट्रिक एसिड चक्र जैसे मार्गों में सब्सट्रेट-स्तर फॉस्फोराइलेशन द्वारा।