ما هو ATP في الأحياء؟ وانواعة
ما هو ATP
ATP أو ما يُعرف باسم الأدينوزين ثلاثي الفوسفات هو الجزيء الرئيسي الذي يعمل على تخزين ونقل الطاقة في الخلايا، ويلتقط الطاقة الكيميائية التي يتم الحصول عليها من خلال انهيار جزيئات الطعام ثم يتم إطلاقها حتى يتم تغذية العمليات الخلوية الأخرى، ويمكن استخدامه لتخزين الطاقة للتفاعلات المستقبلية ويُسحب عندما تتطلب الخلية الطاقة، وإن الحيوانات تخزن الطاقة التي تحصل عليها من خلال تحلل الطعام مثلATP ، أما النباتات فتقوم على تخزين الطاقة التي تحصل عليها من ضوء الشمس من خلال عملية التركيب الضوئي في جزيئات ATP.
كيف تتحرر الطاقة من جزيء ATP
إن ATP هو عبارة عن نيوكليوتيد حيث أنه يتكون من قاعدة أدينينية تكون هذه القاعدة مرتبطة بسكر ريبوز، والذي يرتبط بدوره بثلاث مجموعات فوسفاتية، حيث أن هذه المجموعات ترتبط ببعضها البعض بواسطة رابطتين تتسمان بأنها عالية الطاقة حيث أنها تسمى بروابط الفسفوانهيدريد، فعندما يتم إزالة مجموعة فوسفات واحدة بواسطة كسر رابطة الفوسفورنهيدريد بواسطة عملية تُعرف باسم عملية التحلل المائي و يتم من خلالها :
- يتم إطلاق الطاقة.
- بواسطة تحويل ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوزينADP.
- ثم يتم إطلاق الطاقة أيضاً في طورها الثاني عندما يتم إزالة الفوسفات من ADP حيث أنه يكون بدوره أحادي فوسفات الأدينوزين AMP.
- ويتم نقل هذه الطاقة الحرة إلى جزيئات حتى يتم تفاعلات غير مواتية في الخلية.
- وبعد هذه العمليات يتم إعادة تدوير AMP إلى ADP أو ATP ويتم ذلك عن طريق تكوين روابط فسفوهيدريد جديدة حتى يتم تخزين الطاقة مرة ثانية.
- وإن AMPو ADPوATP يتم تحويلهم باستمرار عند مشاركتهم في التفاعلات البيولوجية.[1]
إن جميع تفاعلات نقل الإلكترون البيولوجية لـ ATP تؤدي إلى صافي إنتاج جزيئات ATP، وإن الخلايا تحتاج إلى الطاقة الكيميائية لثلاثة أنواع من المهام تتجلى في:
- تحريك التفاعلات الأيضية التي لا يمكن حدوثها بشكل تلقائي.
- نقل المواد اللازمة من خلال الأغشية.
- القيام بأعمال ميكانيكية كتحريك العضلات.
ونجد أن جزيء ATP ليس لتخزين الطاقة الكيميائية فهذه الوظيفة مخصصة للكربوهيدارت مثل الجليكوجين والدهون، وإن الخلية عندما تكون بحاجة للطاقة يتم تحويلها من جزيئات التخزين إلى ATP، ثم يقوم ATP بالعمل كمكوك ويساهم بتوصيل الطاقة إلى أماكن داخل الخلية حيث يتم فيها الأنشطة المستهلكة للطاقة.
كيف يُصنع مركب الطاقة ATP
نلاحظ أن صناعة وتشكيل مركب ATP والمعروف باسم أدينوزين ثلاثي الفوسفات عن طريق الطرق التالية:
- بعملية الفسفرة الضوئية وهي العملية التي تحدث عند النبات عن طريق عملية التركيب الضوئي ويتم أثناء عبر هذه العملية تصنيع جزيء أدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP من الأدينوزين ثنائي الفوسفاتADP .
-
عن طريق عملية التنفس الخلوي الهوائي واللاهوائي وتتكون هذه العملية في ميتوكوندريا الخلية، وإن عملية التنفس اللاهوائي تتم عند البكتريا التي تعيش في بيئات تخلو من الأوكسجين، بينما التنفس الخلوي يحتاج إلى الأوكسجين، بالإضافة إلى احتياجه إلى الجلوكوز حتى ينتج جزيءATP، وإن عملية التنفس الخلوي تتضمن تحلل
السكر
وتكوين جزيء أسيتل مرافق الإنزيم أ وتكوّن ATP. - التخمير وهي العملية التي لا تحتاج إلى أوكسجين حتى تصنّع ATP، وتكون هذه العملية في البكتريا والخميرة.
- أكسدة الحمض الدهني وهي العملية الي يتم من خلالها تكسير سلاسل الأحماض الدهنية حتى تتكون جزيئات أسيتل مرافق الإنزيم أ والذي يتحول عبر سلسلة من التفاعلات إلى أدينوزين ثلاثي الفوسفاتATP.
- العملية التي يتم فيها هدم الكيتونات والتي ينتج عنها جزيئات ATP وGTP.
أنواع ATP
إن التركيبة الجزيئية للـ ATP هو نيوكليوتيد أدينين الذي يحتوي على سلسلة من ثلاث مجموعات فوسفاتية تتصل به، وتسمى مجموعات الفوسفات بــ ألفا وبيتا وغاما لزيادة المسافة من سكر الريبوز الذي يكون مرتبطاً بها، ونجد أن ATP والذي يُعرف باسم أدينوزين ثلاثي الفوسفات بأنه يحتوي على ثلاث مجموعات من الفوسفات ونستطيع إزالتها بواسطة عملية التحلل المائي وعند الإزالة تتكون لدينا أنواع أخرى من الجزيئات وهذه الأنواع تكون ناتجة عن تفكك جزيء ATP و تتجلى بـ:
- ADP وهو ثنائي فوسفات الأدينوزين.
- AMP وهو أحادي فوسفات الأدينوزين.
حيث أن الشحنات السالبة تتنافر على مجموعة الفوسفات بشكلها الطبيعي مما يتطلب طاقة حتى يتم ربطها ببعضها البعض وبالتالي إطلاق الطاقة عندما تتكسر هذه الروابط، وإن جزيء AMP يتواجد في قلب ATP وهو الذي يتكون من جزيء أدينين واحد ويكون مرتبطاً بجزيء ريبوز ومجموعة فوسفات واحدة، حيث أن الريبوز هو السكر الخماسي لعنصر الكربون ويتواجد في الحمض النووي الريبي، وإن AMP هو أحد النيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي الريبي، وعندما نضيف مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي ينتج لدينا ثنائي فوسفات الأدينوزين ADP وعندما تضيف مجموعة فوسفات ثالثة يتشكل لدينا ATP أدينوزين ثلاثي الفوسفات. [3]
إنزيم ATP
ويُعرف باسم إنزيم سنسيز ATP وهو الإنزيم الذي يساهم في إنتاج معظم الATP في الخلايا، والذي يقوم بدوره في تحويل ADP والفوسفات إلى ATP، ويقع إنزيم سينسيزATP في غشاء الهياكل الخلوية التي تدعى باسم الميتوكوندريا، ونجد أنه في الخلايا النباتية يتواجد إنزيم في البلاستيدات الخضراء، وتم اكتشاف الدور المركزي لـ ATP من قِبل فريتز ألبرت ليبمان وهيرمان كالكار وتم ذلك في استقلاب الطاقة عام 1941 م، ونلاحظ أن الخلايا تقوم بالعمل بشكل مستمر على تحطيم الـ ATP حتى تحصل على الطاقة، وإن ATP يتم تصنيعه كما أسلفنا سابقاً من ADP والفوسفات عن طريق عمليات التنفس الخلوي.[2]
دواء ATP
نجد كما أسلفنا سابقاً أن الأدينوسين هو مادة طبيعية تتواجد في خلايا
الجسم
جميعها حيث أنه يعمل على استرخاء الأوعية الدموية بالإضافة إلى توسيعها ويؤثر أيضاً على النشاط الكهربائي للقلب، وإن دواء الأدينوزين يستخدم في علاج تسرع
القلب
فوق البطيني الانتيابي الذي يكون مرتبطاً بمتلازمة وولف باركنسون وايتWPW، فهو يساهم في استعادة سرعة ضربات القلب حتى يتم العمل بصورة طبيعية بالإضافة إلى استخدامه في تشخيص الأداء الوظيفي للقلب عندما يتم اختيار إجهاد القلب.
الفرق بين ATP و GTP
إن رمز ATP والمعروف باسم ثلاثي فوسفات الأدينوزين يتشابه مع اختصار جزيئات أخرى ومنها جزيء GTP والذي يُعرف باسم جوانوزين ثلاثي الفوسفات، حيث أن كلاهما يدخلان بأدوار مختلفة داخل الخلايا، بالإضافة إلى أنهما يدخلان في تصنيع الحمض النووي الريبوزي، إلا أن دور GTP يتجلى في إرسال الإشارات الخلوية أما جزيء ATP فدوره الرئيسي هو تخزين الطاقة، ونلاحظ أن ATP يتكون من قاعدة الأدينوزين النيتروجينية، بينما GTP جوانوزين ثلاثي الفوسفات فهو يحتوي على قاعدة الجوانوزين النيتروجينية .
الفرق بين ATP و ADP
نجد أن الحمض النووي يتألف من أربعة أحماض نووية أساسية فعندما يتم ربط مجموعة الفوسفات بجزيئات الحمض النووي تسمى النيوكليوتيدات، أما الجزيء الذي يخلو من الفوسفات فيسمى النيوكليوسيد، ونلاحظ أن الفرق بين ATP و ADP بأن ADP هو الأدينين الذي يرتبط بمجموعتين من الفوسفات ويسمى الأدينوزين ثنائي الفوسفات، أما ال ATP فهو يرتبط بثلاث مجموعات من الفوسفات ويسمى بأدينوزين ثلاثي الفوسفات، بالإضافة إلى أن ADP يمثل دور المثير لمركب ATP في عملية التحلل المائي وتتجلى معادلته في:
ATP
+
H
2
O
→
ADP
+
PPi
