Adenosine triphosphate (ATP) là gì? Cấu tạo, vai trò và chức năng của ATP là gì? Tham khảo bài viết NOVAGEN chia sẻ sau để được giải đáp chi tiết các vấn đề thắc mắc này!
Nội dung:
1. Adenosine triphosphate (ATP) là gì? Cấu tạo của ATP
Adenosine triphosphate (ATP) là phân tử mang năng lượng có trong tế bào của mọi sinh vật sống. ATP thu năng lượng hóa học thu được từ quá trình phân hủy các phân tử thức ăn và giải phóng năng lượng này để cung cấp nhiên liệu cho các quá trình khác của tế bào.
Tế bào cần năng lượng hóa học cho ba loại nhiệm vụ chung gồm thúc đẩy các phản ứng trao đổi chất không tự động xảy ra, vận chuyển các chất cần thiết qua màng và thực hiện công việc cơ học (chẳng hạn như di chuyển cơ bắp). ATP không phải là phân tử lưu trữ năng lượng hóa học; đó là công việc của carbohydrate (glycogen, chất béo,..). Khi năng lượng được tế bào cần, nó sẽ được chuyển đổi từ các phân tử lưu trữ thành ATP. Sau đó, ATP hoạt động như một phương tiện đưa đón, cung cấp năng lượng đến những nơi bên trong tế bào nơi diễn ra các hoạt động tiêu thụ năng lượng.
ATP là một nucleotide bao gồm ba cấu trúc chính là bazơ nitơ, adenine; đường, ribose; và một chuỗi ba nhóm phosphate liên kết với ribose. Đuôi phosphate của ATP là nguồn năng lượng thực sự mà tế bào khai thác. Năng lượng có sẵn được chứa trong các liên kết giữa các phosphate và được giải phóng khi chúng bị phá vỡ, xảy ra thông qua việc bổ sung một phân tử nước (một quá trình gọi là thủy phân). Thông thường chỉ có phosphate bên ngoài được loại bỏ khỏi ATP để tạo ra năng lượng; khi điều này xảy ra, ATP được chuyển đổi thành adenosine diphosphate (ADP), dạng nucleotide chỉ có hai phosphate.
ATP có khả năng cung cấp năng lượng cho các quá trình của tế bào bằng cách chuyển một nhóm phosphate sang một phân tử khác (quá trình này được gọi là phosphoryl hóa). Quá trình chuyển giao này được thực hiện bởi các enzyme đặc biệt kết hợp quá trình giải phóng năng lượng từ ATP với các hoạt động của tế bào cần năng lượng.
Các tế bào liên tục phân hủy ATP để thu được năng lượng, ATP cũng liên tục được tổng hợp từ ADP và phosphate thông qua các quá trình hô hấp tế bào. Hầu hết ATP trong tế bào được sản xuất bởi enzyme ATP synthase, chuyển đổi ADP và phosphate thành ATP. ATP synthase nằm trong màng của các cấu trúc tế bào gọi là ty thể; trong tế bào thực vật, enzyme này cũng được tìm thấy trong lục lạp.
2. Lịch sử nghiên cứu ATP
Adenosine triphosphate (ATP) lần đầu tiên được K. Lohmann phân lập từ chiết xuất cơ bắp vào năm 1929. Đến năm 1941, Fritz Albert Lipmann cho rằng ATP là phân tử sinh học chính chịu trách nhiệm lưu trữ và cung cấp năng lượng ngắn hạn trong tế bào. Năm 1948, ATP được Alexander Todd chuẩn bị nhân tạo lần đầu tiên. Đến năm 1949, Albert Szent-Györgyi chứng minh rằng sự co cơ của các sợi cơ (myofibrils) cô lập có thể được tạo ra nhân tạo khi bổ sung ATP. Một vài năm sau, các thí nghiệm tương tự cũng làm sáng tỏ vai trò của ATP trong chuyển động của lông mao.
3. Vai trò, chức năng của Adenosine triphosphate
Thủy phân ATP cung cấp năng lượng cần thiết cho nhiều quá trình thiết yếu trong sinh vật và tế bào. Cụ thể:
3.1. Adenosine triphosphate trong tín hiệu nội bào
Truyền tín hiệu phụ thuộc rất nhiều vào ATP. ATP đóng vai trò là chất nền cho kinase, protein liên kết ATP nhiều nhất. Khi kinase phosphoryl hóa một protein, một chuỗi tín hiệu có thể được kích hoạt, dẫn đến điều chế nhiều con đường truyền tín hiệu nội bào khác nhau. Hoạt động của kinase rất quan trọng đối với tế bào nên phải được điều chỉnh chặt chẽ. Sự hiện diện của ion magiê giúp điều chỉnh hoạt động của kinase. Sự điều chỉnh được thực hiện thông qua các ion magiê tồn tại trong tế bào dưới dạng phức hợp với ATP, liên kết tại các trung tâm oxy phosphat. Ngoài hoạt động của kinase, ATP có thể hoạt động như một chất kích hoạt phổ biến để giải phóng chất truyền tin nội bào. Các chất truyền tin này bao gồm hormone, nhiều loại enzyme, chất trung gian lipid, chất dẫn truyền thần kinh, oxit nitric, các yếu tố tăng trưởng và các loại oxy phản ứng.
3.1. Tổng hợp DNA/RNA
ATP là một trong bốn monome nucleotide-triphosphate cần thiết trong quá trình tổng hợp RNA. Tổng hợp DNA cũng sử dụng cơ chế tương tự, ngoại trừ trong quá trình tổng hợp DNA, ATP đầu tiên được chuyển đổi bằng cách loại bỏ một nguyên tử oxi khỏi đường để tạo ra deoxyribonucleotide, dATP.
3.2. Tín hiệu purinergic
Truyền tín hiệu purinergic là một dạng truyền tín hiệu paracrine ngoại bào được trung gian bởi các nucleotide purine, bao gồm ATP. ATP được giải phóng từ các kho dự trữ trong túi và được điều chỉnh bởi IP3 cùng các cơ chế điều hòa ngoại bào phổ biến khác. ATP được đồng lưu trữ và đồng giải phóng giữa các chất dẫn truyền thần kinh, càng củng cố thêm quan niệm rằng ATP là chất trung gian cần thiết của quá trình dẫn truyền thần kinh purinergic ở cả dây thần kinh giao cảm và phó giao cảm. ATP có thể gây ra một số phản ứng purinergic, bao gồm kiểm soát các chức năng tự chủ, tương tác tế bào thần kinh đệm, đau và kiểm soát trương lực mạch máu.
3.3. Sự dẫn truyền thần kinh
Bộ não là bộ phận tiêu thụ ATP nhiều nhất trong cơ thể, tiêu thụ khoảng 25% tổng năng lượng có sẵn. Một lượng lớn năng lượng được sử dụng để duy trì nồng độ ion cho tín hiệu thần kinh và truyền synap thích hợp.
3.4. Adenosine triphosphate trong sự co cơ
Sự co cơ là một chức năng cần thiết của cuộc sống hàng ngày và không thể xảy ra nếu không có ATP. Có ba vai trò chính mà ATP thực hiện trong hoạt động co cơ. Đầu tiên là thông qua việc tạo ra lực chống lại các sợi actin liền kề thông qua chu kỳ của các cầu nối ngang myosin. Thứ hai là việc bơm các ion canxi từ chất cơ qua lưới cơ tương ngược với các gradient nồng độ của chúng bằng cách sử dụng vận chuyển tích cực. Chức năng thứ ba do ATP thực hiện là vận chuyển tích cực các ion natri và kali qua màng cơ để các ion canxi có thể được giải phóng khi tiếp nhận đầu vào. Quá trình thủy phân ATP thúc đẩy từng quá trình này.
Tham khảo: NIH, Britannica, Wikipedia
