ATP Sentezi ve Hidrolizi
Adenozin trifosfat (ATP), hücrenin merkezi enerji para birimi olarak işlev görmektedir. ADP ve inorganik fosfattan sürekli sentezi ve ADP'ye geri hidrolizi, enerji üreten süreçleri enerji gerektiren süreçlere bağlayan bir döngü oluşturmaktadır. ATP'nin terminal fosfoanhidrit bağının hidrolizi sırasında açığa çıkan serbest enerji, hücrelerin çoğu işlevini yerine getirmek için kullandığı temel enerji kaynağını sağlamaktadır.
Tanım
ATP sentezi, ADP'nin adenozin trifosfata fosforilasyonu olarak tanımlanmaktadır. ATP hidrolizi ise ATP'nin terminal fosfoanhidrit bağının ADP ve inorganik fosfata ayrılmasıdır. Bu iki sürecin eşleşmiş döngüsü, hücresel süreçleri yönlendiren serbest enerjiyi depolamakta ve serbest bırakmaktadır.
Kapsam
Bu madde, ATP hidrolizinin neden enerjisel olarak elverişli olduğunu, ATP'nin sentezlendiği yolları (substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon), ATP sentazın rolünü ve ATP-ADP döngüsünün katabolizmayı biyosentez, taşıma ve mekanik işe nasıl bağladığını ele almaktadır. ATP, biyokimya kapsamında biyoeenerjetik bir konu olarak incelenmekte olup, klinik bir rehberlik sağlamamaktadır.
Temel sorular
- ATP hidrolizi neden kullanılabilir serbest enerji açığa çıkarmaktadır?
- ATP, ADP'den hangi yollarla yeniden sentezlenmektedir?
- ATP sentaz, bir proton gradyanını ATP oluşumuna nasıl bağlamaktadır?
- ATP-ADP döngüsü, enerji arzını enerji talebine nasıl bağlamaktadır?
Anahtar kavramlar
- Evrensel enerji para birimi olarak ATP
- Fosfoanhidrit bağları ve hidrolizin serbest enerjisi
- Ürünler olarak ADP ve inorganik fosfat
- Substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon
- ATP sentaz ve dönel kataliz (rotational catalysis)
- ATP-ADP döngüsü ve hızlı devir
- Enerji yükü ve metabolik eşleşme
Temel kuramlar
- ATP sentaz tarafından dönel kataliz (rotational catalysis)
- ATP sentaz, dönel bir mekanizma aracılığıyla ATP üretmektedir. Bu mekanizmada proton akışı, enzimin bir kısmının dönmesini tetiklemekte ve katalitik bölgelerin konformasyonunu döngüsel olarak değiştirerek ADP ve fosfatın bağlanmasını, ATP'ye yoğunlaşmasını ve serbest bırakılmasını sağlamaktadır. F1 katalitik başlığının yüksek çözünürlüklü yapısı, bu bağlanma-değişim, dönel model için güçlü destek sağlamıştır.
Mekanizmalar
ATP, iki terminal fosfoanhidrit bağında serbest enerji taşımaktadır. Bu bağların ADP ve inorganik fosfata (veya AMP ve pirofosfata) hidrolizi termodinamik olarak elverişli olup, hücreler bu enerji salınımını, paylaşılan fosforile ara ürünler aracılığıyla normalde elverişsiz olan reaksiyonlara bağlamaktadır. ATP iki ana yolla yeniden sentezlenmektedir: substrat düzeyinde fosforilasyon, yüksek enerjili bir metabolik ara üründen doğrudan bir fosfatın aktarıldığı süreç; ve oksidatif fosforilasyon, ATP sentazın mitokondriyal proton-itici gücü (proton-motive force) kullandığı süreç. ATP sentaz, dönel kataliz (rotational catalysis) prensibiyle işlemektedir: proton akışı, katalitik bölgelerini substratları bağlamak, ATP oluşturmak ve serbest bırakmak üzere döngüsel olarak değiştiren bir dönüşü tetiklemektedir. ATP neredeyse üretildiği hızda tüketildiği için, mevcut havuz küçük olmakla birlikte birçok kez geri dönüştürülmektedir; bu nedenle hücresel enerji talebini karşılayan, havuzun boyutu değil, ATP-ADP döngüsünün devir hızıdır.
Klinik önem
Yüksek ve dalgalı enerji talepleri olan dokular, hızlı ATP rejenerasyonuna bağımlıdır. Mitokondriyal oksidatif fosforilasyonun yetersizliği veya oksijen ve yakıt tedarikinin kesintiye uğraması gibi ATP sentezini bozan durumlar, hızla enerji açığına ve hücre hasarına yol açabilmektedir. Bu madde biyokimyasal süreçleri açıklamakta olup, bireysel tanı veya tedavi için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Fritz Lipmann'ın yirminci yüzyıl ortalarında yüksek enerjili fosfat bağına ilişkin formülasyonu, ATP'yi hücrenin enerji para birimi olarak kabul ettirmiş ve fosfat transfer döngüsü fikrini ortaya koymuştur. Peter Mitchell'ın kemiozmotik hipotezi ise bir proton gradyanının ATP sentezini nasıl yönlendirdiğini açıklamıştır. ATP sentazın dönel, bağlanma-değişim mekanizması Paul Boyer ile ilişkili çalışmalarla detaylandırılmış ve John Walker ile meslektaşları tarafından yapısal olarak doğrulanmıştır.
Öne çıkan isimler
- Fritz Lipmann
- Peter Mitchell
- Paul Boyer
- John Walker
İlgili konular
Temel eserler
- mitchell-1961
- abrahams-1994
Sıkça sorulan sorular
- ATP neden yüksek enerjili bir molekül olarak tanımlanmaktadır?
- ATP'nin terminal fosfoanhidrit bağları, hidroliz sırasında önemli miktarda serbest enerji açığa çıkarmaktadır. Hücreler bu enerjiyi, aksi takdirde gerçekleşmeyecek reaksiyonları yönlendirmek için kullanabilmektedir. Bu terim, bağın kendi kararsızlığına değil, bu enerji transfer potansiyeline atıfta bulunmaktadır.
- ATP kullanıldıktan sonra nasıl yeniden sentezlenmektedir?
- ADP, başlıca mitokondriyal ATP sentazdaki oksidatif fosforilasyon yoluyla ve daha az ölçüde glikoliz ve sitrik asit döngüsü gibi metabolik yollardaki substrat düzeyinde fosforilasyon ile ATP'ye geri fosforile edilmektedir.