ما هو ATP و كيف يتم إنتاجه و تحلل السكر و دورة كريبس ؟

في  الكيمياء الحيوية ، يشير اختصار ATP إلى Adenosine Triphosphate أو Adenosine Triphosphate ،  وهو جزيء عضوي ينتمي إلى مجموعة النيوكليوتيدات الضرورية لاستقلاب الطاقة في الخلية . ATP هو المصدر الرئيسي للطاقة المستخدمة في معظم العمليات والوظائف الخلوية ، سواء في جسم الإنسان أو في الكائن الحي للكائنات الحية  الأخرى .

يأتي اسم ATP من التركيب الجزيئي لهذا الجزيء ، والذي يتكون من قاعدة نيتروجينية (أدينين) مرتبطة  بذرة كربون  لجزيء  سكر البنتوز  (يسمى أيضًا ريبوز) ، وبدوره مع ثلاثة  أيونات فوسفات مرتبطة بذرة كربون أخرى. يتم تلخيص كل هذا  في الصيغة الجزيئية لـ ATP: C ₁₀ H ₁₆ N ₅ O ₁₃ P ₃ .

تم اكتشاف جزيء ATP لأول مرة في عام 1929 في العضلات البشرية في الولايات المتحدة بواسطة Cyrus H. Fiske و Yellapragada SubbaRow ، وبشكل مستقل في ألمانيا بواسطة عالم الكيمياء الحيوية كارل لومان.

على الرغم من  اكتشاف جزيء ATP في عام 1929 ، إلا أن تشغيله وأهميته في  عمليات نقل الطاقة المختلفة  للخلية لم يكن معروفًا حتى عام 1941 ، وذلك بفضل دراسات عالم الكيمياء الحيوية الألماني الأمريكي فريتز ألبرت ليبمان (الحائز على جائزة نوبل). 1953 ، مع كريبس).

أنظر أيضا:  التمثيل الغذائي

ما هو ATP؟

تتمثل الوظيفة الرئيسية لـ A TP في العمل كمصدر للطاقة في التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث داخل الخلية ، ولهذا يُعرف هذا الجزيء أيضًا باسم “عملة الطاقة” للكائن الحي.

AT P هو جزيء مفيد لاحتواء الطاقة الكيميائية مؤقتًا أثناء عمليات التمثيل  الغذائي لتحلل الطعام ، وإطلاقه مرة أخرى عند الحاجة لدفع العمليات البيولوجية المختلفة في الجسم ، مثل النقل الخلوي ،  والطاقة ، والتفاعلات المستهلكة ،  أو حتى حملها خارج الإجراءات الميكانيكية للجسم ، مثل المشي.

كيف يتم إنتاج ATP؟

في الخلايا ، يتم تصنيع ATP  من خلال التنفس الخلوي ، وهي عملية تحدث في  ميتوكوندريا  الخلية . خلال هذه الظاهرة ، يتم إطلاق الطاقة الكيميائية المخزنة في الجلوكوز من خلال  عملية الأكسدة  التي تطلق  ثاني أكسيد الكربون _، H ₂ O والطاقة في شكل ATP. على الرغم من أن الجلوكوز هو الركيزة بامتياز لهذا التفاعل ، إلا أنه يجب ملاحظة أنه  يمكن أيضًا أكسدة البروتينات والدهون لإعطاء  ATP . كل من هذه العناصر الغذائية من النظام الغذائيلدى الفرد طرق استقلابية مختلفة ، ولكنها تتقارب في مستقلب مشترك: أسيتيل CoA ، الذي يبدأ دورة كريبس ويسمح لعملية الحصول على الطاقة الكيميائية بالتقارب ، لأن جميع الخلايا تستهلك طاقتها في شكل ATP.

يمكن تقسيم عملية التنفس الخلوي إلى ثلاث مراحل أو مراحل: تحلل السكر (مسار سابق مطلوب فقط عندما تستخدم الخلية الجلوكوز كوقود) ، ودورة كريبس ، وسلسلة نقل الإلكترون. _{خلال المرحلتين الأوليين} ، يتم إنتاج أسيتيل CoA و CO2 وكمية صغيرة فقط من A TP ، بينما خلال المرحلة الثالثة من التنفس ، يتم إنتاج H2O ومعظم ATP بواسطة مجموعة _من البروتينات تسمى مجمع AT P synthase.

تحلل السكر

كما ذكرنا سابقًا ، يعد التحلل الجلدي مسارًا قبل التنفس الخلوي ، يتم خلاله تكوين اثنين من البيروفات ( مركب مكون من 3 ذرات كربون) لكل جلوكوز (يحتوي على 6 ذرات كربون).

على عكس المرحلتين الأخريين من التنفس الخلوي ، يحدث تحلل السكر في سيتوبلازم الخلية. يجب أن يدخل البيروفات الناتج عن هذا المسار الأول الميتوكوندريا لمواصلة تحوله إلى Acetyl-CoA وبالتالي يمكن استخدامه في دورة كريبس.

استمر في: تحلل السكر

دورة كريبس

دور ة كريبس (أيضًا دورة حمض الستريك أو دورة حمض الكربوكسيل) هي  عملية أساسية تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا الخلوية

وتتكون من سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي  تهدف  إلى إطلاق الطاقة.الكيمياء الموجودة في Acetyl-CoA تم الحصول عليها من معالجة العناصر الغذائية المختلفة للكائن الحي

وكذلك الحصول على سلائف الأحماض الأمينية الأخرى اللازمة للتفاعلات البيوكيميائية ذات الطبيعة الأخرى.

تعد هذه الدورة جزءًا من عملية أكبر بكثير تتمثل في  أكسدة الكربوهيدرات والدهون والبروتينات

وهي المرحلة المتوسطة: بعد تكوين Acetyl-CoA مع الكربون من المركبات العضوية المذكورة

وقبل الفسفرة المؤكسدة حيث يتم “تجميع ATP” “في تفاعل يتم تحفيزه بواسطة  إنزيم  يُسمى ATP synthetase أو سينسيز AT P.

تعمل دور ة كريبس بفضل العديد من الإنزيمات المختلفة التي تعمل على أكسدة أسيتيل CoA تمامًا  وتطلق نوعين مختلفين من كل جزيء مؤكسد: ثاني أكسيد _{الكربون} (ثاني أكسيد الكربون) و H ₂ O (الماء).

بالإضافة إلى ذلك ، خلال د ورة كريبس ، يتم إنشاء الحد الأدنى من GTP (على غرار ATP) وتقليل الطاقة في شكل NADH و FADH ₂ ، والتي سيتم استخدامها لتخليق ATP في المرحلة التالية من التنفس الخلوي.

تبدأ الدورة بدمج جزيء أسيتيل CoA مع جزيء oxaloacetate. ينتج عن هذا الاتحاد جزيء من ستة كربون: سترات.

وهكذا ، يتم إطلاق الإنزيم المساعد أ ، في الواقع ، يتم إعادة استخدامه عدة مرات. إذا كان هناك الكثير من ATP في الخلية ، يتم منع هذه الخطوة.

بعد ذلك ، يخضع حمض الستريك أو الستريك لسلسلة من التحولات المتتالية التي ستنشأ على التوالي أيزوسيترات ، كيتوجلوتارات ، سكسينيل- CoA ، سكسينات ، فومارات ، مالات وأوكسالو أسيتات مرة أخرى.

إلى جانب هذه المنتجات ، لكل دورة Krebs كاملة ، يتم إنتاج كمية صغيرة من GTP ، مما يقلل الطاقة في شكل NADH و FADH ₂ و CO ₂ .

سلسلة نقل الإلكترون والفسفرة المؤكسدة

تستخدم المرحلة الأخيرة من دائرة استخدام المغذيات الأكسجين والمركبات المنتجة خلال دورة كريبس لإنتاج A TP في عملية تسمى الفسفرة المؤكسدة.

خلال هذه العملية ، التي تحدث في غشاء الميتوكوندريا الداخلي ، يتبرع NADH و FADH 2 _{بالإلكترونات} ، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى الطاقة.

يتم قبول هذه الإلكترونات أخيرًا بواسطة الأكسجين (والذي يؤدي ، عند ربطه بالبروتونات ، إلى تكوين جزيئات الماء).

يعمل الاقتران بين السلسلة الإلكترونية والفسفرة المؤكسدة على أساس تفاعلين متعارضين : أحدهما يطلق الطاقة والآخر يستخدم هذه الطاقة المنبعثة لإنتاج جزيئات ATP ، وذلك بفضل تدخل إنزيم ATP synthetase.

عندما “تنتقل” الإلكترونات إلى أسفل السلسلة في سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال ، تُستخدم الطاقة المنبعثة لضخ البروتونات عبر الغشاء.

عندما تنتشر هذه البروتونات مرة أخرى من خلال مركب ATP ، يتم استخدام طاقتها لربط مجموعة فوسفات إضافية بجزيء ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) ، مما يؤدي إلى تكوين ATP.

أهمية ATP

ATP هو جزيء أساسي للعمليات الحيوية للكائنات الحية ،  كمرسل للطاقة الكيميائية للتفاعلات المختلفة التي تحدث في الخلية

على سبيل المثال ، تخليق الجزيئات الكبيرة  المعقدة والأساسية ، مثل  جزيئات DNA أو  RNA  أو للتوليف من البروتينات التي تحدث داخل الخلية.

وبالتالي ، يوفر ATP الطاقة اللازمة للسماح بمعظم التفاعلات التي تحدث في الجسم.

تفسر فائدة ATP كجزيء “مانح للطاقة” من خلال

وجود روابط فوسفاتية غنية بالطاقة. يمكن لهذه الروابط نفسها أن تطلق كمية كبيرة من الطاقة عن طريق “الانهيار” عندما يتحلل ATP إلى ADP