एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट): संरचना, कार्य, हाइड्रोलिसिस - जीवविज्ञान - 2024

एटीपी (adenosine triphosphate) एडीनाइन, राइबोज़ और तीन फॉस्फेट समूहों की एक अंगूठी द्वारा गठित उच्च ऊर्जा बांड के साथ एक कार्बनिक अणु है। चयापचय में इसकी मौलिक भूमिका होती है, क्योंकि यह कोशिकीय प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला को कुशलतापूर्वक काम करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का परिवहन करता है।

यह "ऊर्जा मुद्रा" शब्द से व्यापक रूप से जाना जाता है, क्योंकि इसका गठन और उपयोग आसानी से होता है, जिससे इसे रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए जल्दी से "भुगतान" करने की अनुमति मिलती है, जिसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

स्रोत: उपयोगकर्ता द्वारा: मैसिड (स्व-निर्मित बकेम में; पर्ल में संपादित;), वाया विकिमीडिया कॉमन्स

यद्यपि नग्न आंखों के अणु छोटे और सरल होते हैं, लेकिन यह अपने बांडों में एक महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा संग्रहीत करता है। फॉस्फेट समूहों में नकारात्मक चार्ज होते हैं, जो लगातार प्रतिकर्षण में होते हैं, जिससे यह एक ऐसा बंध होता है जो आसानी से टूट जाता है।

एटीपी के हाइड्रोलिसिस पानी की उपस्थिति से अणु का टूटना है। इस प्रक्रिया से निहित ऊर्जा निकल जाती है।

एटीपी के दो मुख्य स्रोत हैं: सब्सट्रेट स्तर पर फॉस्फोराइलेशन और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन, बाद वाला सबसे महत्वपूर्ण और सेल द्वारा सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन कपल्स में माइटोकॉन्ड्रिया में एफएडीएच ₂ और एनएडीएच + एच ⁺ के ऑक्सीकरण, और सब्सट्रेट स्तर पर फॉस्फोराइलेशन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के बाहर होता है, ग्लाइकिसिस और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र जैसे मार्गों में।

यह अणु कोशिका के अंदर होने वाली अधिकांश प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करने के लिए जिम्मेदार होता है, जो प्रोटीन संश्लेषण से लेकर स्थानीयता तक होता है। इसके अलावा, यह झिल्ली के माध्यम से अणुओं के आवागमन की अनुमति देता है और सेल सिग्नलिंग में कार्य करता है।

संरचना

एटीपी, जैसा कि इसके नाम का तात्पर्य है, तीन फॉस्फेट के साथ एक न्यूक्लियोटाइड है। इसकी विशेष संरचना, विशेष रूप से दो पाइरोफॉस्फेट बॉन्ड, इसे एक ऊर्जा युक्त यौगिक बनाते हैं। यह निम्नलिखित तत्वों से बना है:

- एक नाइट्रोजेनस बेस, एडेनिन। नाइट्रोजन के आधार चक्रीय यौगिक हैं जिनकी संरचना में एक या अधिक नाइट्रोजन होते हैं। हम उन्हें न्यूक्लिक एसिड, डीएनए और आरएनए में घटक के रूप में भी पाते हैं।

- राइबोस अणु के केंद्र में स्थित है। यह एक पंच प्रकार की चीनी है, क्योंकि इसमें पाँच कार्बन परमाणु हैं। इसका रासायनिक सूत्र C ₅ H ₁₀ O _{5 है} । राइबोज का कार्बन 1 एडेनिन रिंग से जुड़ा होता है।

- तीन फॉस्फेट रेडिकल। अंतिम दो "उच्च ऊर्जा बांड" हैं और झुकाव प्रतीक द्वारा चित्रमय संरचनाओं में दर्शाए गए हैं: ~। फॉस्फेट समूह जैविक प्रणालियों में सबसे महत्वपूर्ण में से एक है। तीन समूहों को अल्फा, बीटा और गामा कहा जाता है, निकटतम से सबसे दूर तक।

यह लिंक बहुत भयंकर है, इसलिए यह आसानी से और सहज रूप से विभाजित हो जाता है, जब जीव की शारीरिक स्थितियां इसे वारंट करती हैं। यह इसलिए होता है क्योंकि तीन फॉस्फेट समूहों के नकारात्मक आरोप लगातार एक दूसरे से दूर जाने की कोशिश करते हैं।

विशेषताएं

लगभग सभी जीवित जीवों के ऊर्जा चयापचय में एटीपी एक अनिवार्य भूमिका निभाता है। इस कारण से, इसे अक्सर ऊर्जा मुद्रा के रूप में संदर्भित किया जाता है, क्योंकि इसे कुछ ही मिनटों में लगातार खर्च किया जा सकता है और फिर से भरा जा सकता है।

प्रत्यक्ष या परोक्ष रूप से, एटीपी फॉस्फेट दाता के रूप में कार्य करने के अलावा, सैकड़ों प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करता है।

सामान्य तौर पर, एटीपी सेल के अंदर होने वाली प्रक्रियाओं में एक सिग्नलिंग अणु के रूप में कार्य करता है, डीएनए और आरएनए के घटकों को संश्लेषित करना आवश्यक है और अन्य बायोमॉलिक्युलस के संश्लेषण के लिए, यह तस्करी में भाग लेता है झिल्ली, दूसरों के बीच में।

एटीपी के उपयोग को मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: जैविक झिल्ली के माध्यम से अणुओं का परिवहन, विभिन्न यौगिकों का संश्लेषण और अंत में, यांत्रिक कार्य।

एटीपी के कार्य बहुत व्यापक हैं। इसके अलावा, यह इतनी प्रतिक्रियाओं में शामिल है कि उन सभी को नाम देना असंभव होगा। इसलिए, हम तीन उल्लिखित उपयोगों में से प्रत्येक के उदाहरण के लिए तीन विशिष्ट उदाहरणों पर चर्चा करेंगे।

झिल्ली में सोडियम और पोटेशियम परिवहन के लिए ऊर्जा की आपूर्ति

सेल एक अत्यधिक गतिशील वातावरण है जिसे विशिष्ट सांद्रता बनाए रखने की आवश्यकता होती है। अधिकांश अणु सेल में बेतरतीब ढंग से या संयोग से प्रवेश नहीं करते हैं। किसी अणु या पदार्थ के प्रवेश के लिए, उसे अपने विशिष्ट ट्रांसपोर्टर द्वारा ऐसा करना चाहिए।

ट्रांसपोर्टर्स झिल्ली-फैले हुए प्रोटीन होते हैं जो सेल "गेटकीपर" के रूप में कार्य करते हैं, सामग्री के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं। इसलिए, झिल्ली अर्ध-पारगम्य है: यह कुछ यौगिकों को प्रवेश करने की अनुमति देता है और अन्य नहीं करते हैं।

सबसे प्रसिद्ध ट्रांसपोर्ट में से एक सोडियम-पोटेशियम पंप है। इस तंत्र को सक्रिय परिवहन के रूप में वर्गीकृत किया गया है, क्योंकि आयनों का संचलन उनकी सांद्रता के खिलाफ होता है और इस आंदोलन को अंजाम देने का एकमात्र तरीका एटीपी के रूप में सिस्टम में ऊर्जा का परिचय है।

यह अनुमान है कि सेल में गठित एटीपी का एक तिहाई पंप को सक्रिय रखने के लिए उपयोग किया जाता है। सोडियम आयनों को लगातार कोशिका से बाहर निकाला जाता है, जबकि पोटेशियम आयनों को उल्टी दिशा में पंप किया जाता है।

तार्किक रूप से, एटीपी का उपयोग सोडियम और पोटेशियम के परिवहन के लिए प्रतिबंधित नहीं है। अन्य आयन, जैसे कैल्शियम, मैग्नीशियम, दूसरों के बीच में हैं, जिन्हें प्रवेश करने के लिए इस ऊर्जा मुद्रा की आवश्यकता होती है।

प्रोटीन संश्लेषण में भागीदारी

प्रोटीन अणु अमीनो एसिड से बने होते हैं, जो पेप्टाइड बॉन्ड द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं। उन्हें बनाने के लिए चार उच्च-ऊर्जा बांडों को तोड़ने की आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, औसत लंबाई के प्रोटीन के गठन के लिए एटीपी अणुओं की एक बड़ी संख्या को हाइड्रोलाइज्ड किया जाना चाहिए।

प्रोटीन संश्लेषण राइबोसोम नामक संरचनाओं में होता है। ये उस कोड की व्याख्या करने में सक्षम हैं जो दूत आरएनए के पास है और इसे अमीनो एसिड अनुक्रम, एटीपी-निर्भर प्रक्रिया में अनुवाद करता है।

सबसे सक्रिय कोशिकाओं में, प्रोटीन संश्लेषण इस महत्वपूर्ण कार्य में संश्लेषित एटीपी के 75% तक निर्देशित कर सकता है।

दूसरी ओर, सेल न केवल प्रोटीन को संश्लेषित करता है, इसे लिपिड, कोलेस्ट्रॉल और अन्य आवश्यक पदार्थों की भी आवश्यकता होती है और ऐसा करने के लिए इसे एटीपी बांड में निहित ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

हरकत के लिए ऊर्जा प्रदान करें

मैकेनिकल काम एटीपी के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक है। उदाहरण के लिए, हमारे शरीर को मांसपेशियों के तंतुओं के संकुचन को करने में सक्षम होने के लिए, बड़ी मात्रा में ऊर्जा की उपलब्धता आवश्यक है।

मांसपेशियों में, रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है जो इसे बनाने की क्षमता के साथ प्रोटीन के पुनर्गठन के लिए धन्यवाद। इन संरचनाओं की लंबाई को संशोधित किया गया है, छोटा किया गया है, जो एक तनाव पैदा करता है जो आंदोलन की पीढ़ी में अनुवाद करता है।

अन्य जीवों में, कोशिकाओं की गति एटीपी की उपस्थिति के लिए भी होती है। उदाहरण के लिए, सिलिया और फ्लैगेला का आंदोलन जो एटीपी के उपयोग के माध्यम से कुछ एककोशिकीय जीवों के विस्थापन की अनुमति देता है।

एक और विशेष आंदोलन अमीबिक है जिसमें सेल छोर पर एक स्यूडोपोड का फैलाव शामिल है। कई सेल प्रकार इस नियंत्रण तंत्र का उपयोग करते हैं, जिसमें ल्यूकोसाइट्स और फाइब्रोब्लास्ट शामिल हैं।

रोगाणु कोशिकाओं के मामले में, भ्रूण के प्रभावी विकास के लिए हरकत आवश्यक है। भ्रूण कोशिकाएँ अपने उद्गम स्थल से उस क्षेत्र की महत्वपूर्ण दूरी तय करती हैं जहाँ उन्हें विशिष्ट संरचनाएँ उत्पन्न करनी होती हैं।

हाइड्रोलिसिस

एटीपी की हाइड्रोलिसिस एक प्रतिक्रिया है जिसमें पानी की उपस्थिति से अणु का टूटना शामिल है। प्रतिक्रिया निम्नानुसार दर्शाई गई है:

एटीपी + पानी Water ADP + P _i + ऊर्जा। जहाँ, P _{i का} अर्थ अकार्बनिक फॉस्फेट समूह से है और ADP एडेनोसाइन डिपोस्फेट है। ध्यान दें कि प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है।

एटीपी की हाइड्रोलिसिस एक घटना है जिसमें ऊर्जा की एक विशाल मात्रा का विमोचन शामिल है। किसी भी पाइरोफॉस्फेट बॉन्ड के टूटने से 7 किलो कैलोरी प्रति मोल निकलता है - विशेष रूप से एटीपी से एडीपी के लिए 7.3 और एटीपी से एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (एएमपी) के उत्पादन के लिए। यह एटीपी के प्रति तिल 12,000 कैलोरी के बराबर है।

ऊर्जा की यह रिहाई क्यों होती है?

क्योंकि हाइड्रोलिसिस उत्पाद प्रारंभिक यौगिक की तुलना में बहुत अधिक स्थिर होते हैं, अर्थात एटीपी।

यह उल्लेख किया जाना चाहिए कि एडीपी या एएमपी के गठन को जन्म देने के लिए पाइरोफॉस्फेट बॉन्ड पर होने वाली केवल हाइड्रोलिसिस महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन करती है।

अणु में अन्य बंधों की हाइड्रोलिसिस अकार्बनिक पाइरोफॉस्फेट के हाइड्रोलिसिस के अपवाद के साथ उतनी ऊर्जा प्रदान नहीं करती है, जिसमें बड़ी मात्रा में ऊर्जा होती है।

इन प्रतिक्रियाओं से ऊर्जा की रिहाई का उपयोग कोशिका के अंदर चयापचय प्रतिक्रियाओं को करने के लिए किया जाता है, क्योंकि इनमें से कई प्रक्रियाओं को कार्य करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, दोनों गिरावट मार्गों के प्रारंभिक चरणों में और यौगिकों के जैवसंश्लेषण में। ।

उदाहरण के लिए, ग्लूकोज चयापचय में, प्रारंभिक चरणों में अणु के फास्फोरिलीकरण शामिल होते हैं। निम्न चरणों में, एक सकारात्मक शुद्ध लाभ प्राप्त करने के लिए, नया एटीपी उत्पन्न होता है।

ऊर्जा के दृष्टिकोण से, ऐसे अन्य अणु हैं, जिनकी रिहाई ऊर्जा एटीपी से अधिक है, जिसमें 1,3-बिस्फोस्फोग्लिसरेट, कार्बामिलफॉस्फेट, क्रिएटिनिन फॉस्फेट और फॉस्फेनोलेफ्रुवेट शामिल हैं।

एटीपी प्राप्त करना

एटीपी को दो मार्गों से प्राप्त किया जा सकता है: सब्सट्रेट स्तर पर ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण और फॉस्फोराइलेशन। पूर्व में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है जबकि उत्तरार्द्ध में नहीं। गठित एटीपी का लगभग 95% माइटोकॉन्ड्रिया में होता है।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण में दो-चरण पोषक तत्व ऑक्सीकरण प्रक्रिया शामिल होती है: विटामिन से व्युत्पन्न कम कोएनजाइम एनएडीएच और एफएडीएच ₂ प्राप्त करना।

इन अणुओं की कमी से पोषक तत्वों से हाइड्रोजन्स के उपयोग की आवश्यकता होती है। वसा में, कोएंजाइम का उत्पादन उल्लेखनीय है, पेप्टाइड्स या कार्बोहाइड्रेट की तुलना में हाइड्रोजन्स की भारी मात्रा के लिए धन्यवाद, जो उनकी संरचना में है।

हालांकि कोएंजाइम उत्पादन के कई रास्ते हैं, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण मार्ग क्रेब्स चक्र है। इसके बाद, कम कोएंजाइम माइटोकॉन्ड्रिया में स्थित श्वसन श्रृंखला में केंद्रित होता है, जो इलेक्ट्रॉनों को ऑक्सीजन में स्थानांतरित करता है।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला झिल्ली-युग्मित प्रोटीनों की एक श्रृंखला से बनी होती है जो प्रोटॉन (H +) को बाहर की ओर (छवि देखें) पंप करती है। ये प्रोटॉन एक और प्रोटीन, एटीपी सिंथेज़ के माध्यम से फिर से झिल्ली को पार करते हैं, एटीपी के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार होते हैं।

दूसरे शब्दों में, हमें कोएंजाइम को कम करना होगा, अधिक एडीपी और ऑक्सीजन पानी और एटीपी उत्पन्न करते हैं।

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स से Bustamante Yess द्वारा

निम्न स्तरीय फोस्फोरिलेशन

सब्सट्रेट स्तर पर फास्फोराइलेशन उपरोक्त वर्णित तंत्र के रूप में महत्वपूर्ण नहीं है और, क्योंकि इसे ऑक्सीजन अणुओं की आवश्यकता नहीं होती है, यह अक्सर किण्वन से जुड़ा होता है। इस तरह, हालांकि यह बहुत तेज़ है, थोड़ी ऊर्जा निकालता है, अगर हम इसकी तुलना ऑक्सीकरण प्रक्रिया से करें तो यह लगभग पंद्रह गुना कम होगा।

हमारे शरीर में, किण्वन प्रक्रिया मांसपेशियों के स्तर पर होती है। यह ऊतक ऑक्सीजन के बिना कार्य कर सकता है, इसलिए यह संभव है कि लैक्टिक एसिड के लिए एक ग्लूकोज अणु को अपमानित किया जाता है (जब हम कुछ थकाऊ खेल गतिविधि कर रहे हैं, उदाहरण के लिए)।

किण्वन में, अंतिम उत्पाद में अभी भी ऊर्जा क्षमता है जिसे निकाला जा सकता है। मांसपेशियों में किण्वन के मामले में, लैक्टिक एसिड में कार्बोन कम होने के समान स्तर पर हैं, प्रारंभिक अणु: ग्लूकोज।

इस प्रकार, ऊर्जा का उत्पादन अणुओं के गठन से होता है, जिसमें उच्च-ऊर्जा बांड होते हैं, जिसमें 1,3-बिस्फोस्फोग्लिट्रेट और फॉस्फेनोलेफ्रुवेट शामिल हैं।

ग्लाइकोलाइसिस में, उदाहरण के लिए, इन यौगिकों के हाइड्रोलिसिस को एटीपी अणुओं के उत्पादन से जोड़ा जाता है, इसलिए "सब्सट्रेट स्तर पर" शब्द।

एटीपी चक्र

एटीपी कभी जमा नहीं होती है। यह उपयोग और संश्लेषण के एक निरंतर चक्र में है। यह एटीपी के गठन और उसके हाइड्रोलाइज्ड उत्पाद, एडीपी के बीच संतुलन बनाता है।

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स से म्यूज़िग द्वारा

अन्य ऊर्जा अणु

ATP न्यूक्लियोसाइड बिस्फोस्फेट से बना एकमात्र अणु नहीं है जो सेलुलर चयापचय में मौजूद है। एटीपी के समान संरचनाओं के साथ कई अणु होते हैं जिनमें तुलनीय ऊर्जा व्यवहार होता है, हालांकि वे एटीपी के रूप में लोकप्रिय नहीं हैं।

सबसे प्रमुख उदाहरण जीटीपी, गुआनोसिन ट्राइफॉस्फेट है, जिसका उपयोग प्रसिद्ध क्रेब्स चक्र में और ग्लूकोनोजेनिक मार्ग में किया जाता है। दूसरों को कम इस्तेमाल किया CTP, TTP और UTP हैं।

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