ما هو ATP

ATP هو المصدر الرئيسي للطاقة لمعظم العمليات الخلوية ، اللبنات الأساسية لـ ATP هي الكربون والنيتروجين والهيدروجين والأكسجين والفوسفور ، وبسبب وجود روابط غير مستقرة وعالية الطاقة في ATP ، فإنه يتحلل بسهولة في التفاعلات لإطلاق كمية كبيرة من الطاقة.

تؤدي الإزالة الأنزيمية لمجموعة الفوسفات من ATP لتكوين ADP إلى إطلاق كمية هائلة من الطاقة التي تستخدمها الخلية في العديد من عمليات التمثيل الغذائي وكذلك في تخليق الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات ، ينتج عن إزالة مجموعة فوسفات ثانية من ATP إطلاق مزيد من الطاقة وتكوين أحادي فوسفات الأدينوزين (AMP).

عندما لا يحتاج الكائن الحي إلى الطاقة ، تتم إضافة مجموعة الفوسفات مرة أخرى إلى AMP و ADP لتشكيل ATP – يمكن تحللها لاحقًا حسب المطلوب ، وبالتالي يعمل ATP كمصدر طاقة موثوق للمسارات الخلوية.

دور جزيئات ATP في انقباض العضلات

الدور الرئيسي لجزيئات ATP في انقباض العضلات هو أنه مصدر الطاقة الذي يستخدم لتحفيز حركة الانقباض في العضلات العاملة هو الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) – الطريقة البيوكيميائية للجسم لتخزين ونقل الطاقة ، ومع ذلك لا يتم تخزين ATP إلى حد كبير في الخلايا.

لذلك بمجرد أن يبدأ تقلص العضلات ، يجب أن يبدأ تكوين المزيد من ATP بسرعة ، نظرًا لأن ATP مهم جدًا ، فإن لدى خلايا العضلات عدة طرق مختلفة لصنعه ، وتعمل هذه الأنظمة معًا على مراحل ، وفيما الأنظمة الكيميائية الحيوية الثلاثة لإنتاج ATP هي بالترتيب:

استخدام فوسفات الكرياتين (مع الأكسجين)

تحتوي جميع

انواع الالياف العضلية

على القليل من ATP بداخلها والتي يمكن استخدامها على الفور ولكن يكفي فقط لتستمر لمدة 3 ثوانٍ تقريبًا ، لذلك تحتوي جميع خلايا العضلات على مركب عالي الطاقة يسمى فوسفات الكرياتين والذي يتم تكسيره لإنتاج المزيد من ATP بسرعة.

يمكن أن يوفر فوسفات الكرياتين احتياجات الطاقة للعضلات العاملة بمعدل مرتفع جدًا ، ولكن لمدة 8-10 ثوانٍ فقط.

الجليكوجين (بدون أكسجين)

لحسن الحظ ، تحتوي العضلات أيضًا على مخازن كبيرة من الكربوهيدرات ، تسمى الجليكوجين ، والتي يمكن استخدامها لصنع ATP من الجلوكوز ولكن هذا يتطلب حوالي 12 تفاعلًا كيميائيًا ، لذا فهو يوفر الطاقة بشكل أبطأ من فوسفات الكرياتين.

لا يزال سريعًا جدًا ، على الرغم من أنه سينتج طاقة كافية لتستمر حوالي 90 ثانية ، لا حاجة للأكسجين وهذا شيء عظيم ، لأنه يأخذ

القلب

والرئتين بعض

الوقت

لتزويد العضلات بالأكسجين المتزايد ، المنتج الثانوي لصنع ATP بدون استخدام الأكسجين هو حمض اللاكتيك.

التنفس الهوائي (مع الأكسجين مرة أخرى

)

في غضون دقيقتين من التمرين ، يبدأ

الجسم

في إمداد العضلات العاملة بالأكسجين ، عند وجود الأكسجين ، يمكن أن يحدث التنفس الهوائي لتفكيك الجلوكوز من أجل ATP. يمكن أن يأتي هذا الجلوكوز من عدة أماكن:

مخزون الجلوكوز المتبقي في خلايا العضلات
الجلوكوز من

الطعام

في الأمعاء
الجليكوجين في

الكبد
احتياطيات الدهون في العضلات
في الحالات القصوى (مثل الجوع) ، بروتين الجسم.

يتطلب التنفس الهوائي المزيد من التفاعلات الكيميائية لإنتاج ATP أكثر من أي من النظامين المذكورين أعلاه إنه الأبطأ بين جميع الأنظمة الثلاثة – ولكن يمكنه توفير ATP لعدة

ساعات

أو أكثر ، طالما استمر الإمداد بالوقود.

وظائف ATP الأخرى في الخلايا

لجزيئات ATP استخدامات في العديد من العمليات الخلوية ، وسوف نناقش بإيجاز بعض الوظائف المهمة لـ ATP في الخلية أدناه:

النقل النشط

يلعب ATP دورًا مهمًا في نقل الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والدهون داخل وخارج الخلية ، يوفر التحلل المائي لـ ATP الطاقة المطلوبة لآليات النقل النشطة لحمل هذه الجزيئات عبر تدرج تركيز ، يُطلق على نقل الجزيئات إلى الخلية اسم الالتقام الخلوي ، بينما يُعرف النقل خارج الخلية باسم خروج الخلايا.

الإشارات الخلوية

لدى ATP وظائف رئيسية في كل من الإشارات داخل الخلايا وخارجها ، يمكن التعرف عليه بسهولة عن طريق مستقبلات البيورينج في أنسجة الثدييات إطلاقه من المشابك والمحاور ينشط مستقبلات البيورينجيك التي تعدل الكالسيوم ومستويات AMP الدورية داخل الخلية.

في الجهاز العصبي المركزي ، ينظم الأدينوزين التطور العصبي ، والتحكم في أجهزة

المناعة

، والإشارات العصبية / الدبقية.

يشارك ATP أيضًا في نقل الإشارة ، يتم استخدام مجموعات الفوسفات الخاصة به بواسطة كينازات في تفاعلات نقل الفوسفات التي تنشط سلسلة من تفاعلات بروتين كينيز.

الصيانة الإنشائية

يلعب ATP دورًا مهمًا للغاية في الحفاظ على بنية الخلية من خلال المساعدة في تجميع عناصر الهيكل الخلوي ، كما أنه يوفر الطاقة للسوط والكروموسومات للحفاظ على أدائهم المناسب.[1]

استخدامات ATP في العضلات

يستخدم ATP بواسطة ألياف العضلات بطريقتين:

أولاً يتم استخدامه عن طريق نقل البروتينات من أجل “النقل النشط” للكالسيوم إلى SR بين الانقباضات ، في حالة الراحة يحتوي SR للألياف العضلية على تركيز أعلى بكثير من الكالسيوم في الداخل منه في الخارج ، وعندما يتم استقبال إشارة عصبية ، تفتح قنوات الكالسيوم في SR لفترة وجيزة ويسرع الكالسيوم إلى العصارة الخلوية عن طريق “الانتشار الانتقائي” ، وهو انتشار نوع واحد من المذاب من خلال بروتين نقل لا يستخدم ATP ، تبدأ العضلة في الانقباض.
الاستخدام الثاني لـ ATP في ألياف العضلات هو السماح لـ “أيدي” الميوسين بالتخلي عن الأكتين بعد سحبها مرة واحدة والإمساك بمقبض آخر للأعلى حتى يتمكنوا من الشد مرة أخرى ومواصلة الانكماش ، عندما تنكشف حواجز الأكتين عن طريق ارتباط الكالسيوم بخيوط الأكتين الدقيقة ، يمسك الميوسين تلقائيًا بمقبض أكتين ويسحب مرة واحدة ، من أجل تحرير ذلك المقبض والسحب مرة أخرى ، يجب على ATP توفير الطاقة لحركة التحرير.

وبالتالي ، يتم استهلاك ATP بمعدل مرتفع عن طريق انقباض العضلات. تتضح الحاجة إلى ATP في خلايا العضلات من خلال ظاهرة “تيبس الموتى” ، وهي تصلب العضلات الذي يحدث في الجثث لفترة

قصيرة

بعد الموت ، في هذه العضلات ، تم تحويل ATP جميعًا إلى ADP ولا يمكن للميتوكوندريا تحويل ADP مرة أخرى إلى ATP نظرًا لعدم توفر الأكسجين (توقفت حركات التنفس).

في غياب ATP ، تتوقف بروتينات النقل Ca ++ عن ضخ Ca ++ في SR و Ca ++في SR تتسرب تدريجيًا مما يتسبب في تعرض مواقع ارتباط الميوسين على خيوط الأكتين في اللييفات العضلية ، تلتقط بروتينات الميوسين الأكتين وتسحب مرة واحدة ولكن لا يمكنها إطلاقها وسحبها مرة أخرى ، لذلك تظل العضلات جامدة في وضعها عند الوفاة حتى يبدأ ارتباط الميوسين بالأكتين في الانهيار وتصبح فضفاضة.