ما هو ATP في الأحياء؟ وانواعة

ما هو ATP

ATP أو ما يعرف بالأدينوزين ثلاثي الفوسفات هو الجزيء الرئيسي الذي يعمل على تخزين ونقل الطاقة في الخلايا، ويأخذ الطاقة الكيميائية التي تحصل عليها من تحلل جزيئات الطعام ويطلقها لتغذية العمليات الخلوية الأخرى، ويمكن استخدامه لتخزين الطاقة للتفاعلات المستقبلية وسحبها عندما تحتاج الخلية إلى الطاقة، وتخزن الحيوانات الطاقة التي تحصل عليها من تحلل الطعام مثل ATP، أما النباتات فتقوم بتخزين 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.
• من خلال تحويل ATP إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين).
• يتم إطلاق الطاقة في مرحلة الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP في مرحلتين، حيث يتم إزالة الفوسفات في ADP في المرحلة الثانية لتصبح أحادي فوسفات الأدينوزين AMP.
• تتم نقل هذه الطاقة الحرة إلى الجزيئات ليحدث تفاعلات غير مواتية في الخلية.
• بعد هذه العمليات، يتم إعادة تدوير AMP إلى ADP أو ATP، وذلك عن طريق تشكيل روابط فوسفوهيدريدية جديدة لتخزين الطاقة مرة أخرى.
• يتم تحويل AMP و ADP و ATP باستمرار عند مشاركتهم في التفاعلات الحيوية.

تؤدي جميع تفاعلات نقل الإلكترون البيولوجية لإنتاج جزيئات ATP، وتحتاج الخلايا إلى الطاقة الكيميائية لثلاثة أنواع من المهام، وتتمثل هذه المهام في:

• تعزيز التفاعلات الايضية التي لا يمكن حدوثها تلقائيا.
• 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

يتم إنتاج وتشكيل المركب ATP، المعروف باسم أدينوزين ثلاثي الفوسفات، عن طريق الطرق التالية:

• يحدث عملية الفسفرة الضوئية في النباتات عن طريق عملية التركيب الضوئي، حيث يتم إنتاج جزيء ATP ثلاثي الفوسفات من جزيء ADP ثنائي الفوسفات خلال هذه العملية .
• تتألف عملية التنفس الخلوي الهوائي وغير الهوائي من مرحلة تحدث داخل ميتوكوندريا الخلية. تحتاج عملية التنفس الخلوي إلى الأوكسجين والجلوكوز لتكوين جزيء ATP، بينما تحدث عملية التنفس اللاهوائي في البكتريا التي تعيش في بيئات بدون أوكسجين. تشمل عملية التنفس الخلوي تحلل السكر وتكوين جزيء أسيتل مرافق الإنزيم أ وتكوين جزيء ATP.
• التخمير هي عملية تصنع ATP دون الحاجة للأوكسجين، وتحدث هذه العملية في البكتيريا والخميرة.
• أكسدة الحمض الدهني عملية يتم خلالها تكسير سلاسل الأحماض الدهنية حتى تتكوّن جزيئات أسيتل المرافقة لإنزيم أ، الذي يتحول عن طريق سلسلة من التفاعلات إلى ATP أدينوزين ثلاثي الفوسفات.
• عملية يتم فيها هدم الكيتونات حيث يتم إنتاج جزيئات ATP وGTP.

أنواع ATP

تركيب الـ ATP هو نيوكليوتيد أدينين يحتوي على سلسلة من ثلاث مجموعات فوسفات، وتسمى هذه المجموعات بـ ألفا وبيتا وغاما لزيادة المسافة بينها وبين سكر الريبوز المرتبط بها. يحتوي ATP على ثلاث مجموعات فوسفات يمكن إزالتها عن طريق التحلل المائي، وعند إزالتها يتكون أنواع أخرى من الجزيئات نتيجة تفكك جزيء ATP

• ADP وهو ثنائي فوسفات الأدينوزين.
• AMP وهو أحادي فوسفات الأدينوزين.

نظرا لأن الشحنات السالبة تتبدد على جزيئات الفوسفات بشكلها الطبيعي، يتطلب ربطها معا طاقة، وبالتالي يتم إطلاق الطاقة عندما تنكسر هذه الروابط. وجزيء AMP موجود في قلب ATP، وهو مكون من جزيء أدينين واحد ويرتبط بجزيء ريبوز ومجموعة فوسفات واحدة. الريبوز هو السكر الخماسي الكربوني الموجود في الحمض النووي الريبي، وAMP هو نيوكليوتيد موجود في الحمض النووي الريبي. عند إضافة مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي، يتكون ثنائي فوسفات الأدينوزين ADP. وعند إضافة مجموعة فوسفات ثالثة، يتكون ثلاثي فوسفات الأدينوزين ATP.

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.

دواء ATP

كما ذكرنا سابقا، فإن الأدينوزين هو مركب طبيعي موجود في جميع خلايا الجسم، حيث يعمل على تخفيف توتر الأوعية الدموية وتوسيعها، ويؤثر أيضا على النشاط الكهربائي للقلب. يستخدم دواء الأدينوزين لعلاج تسارع القلب البطيني الانتصابي المرتبط بمتلازمة وولف باركنسون وايت (WPW)، حيث يساهم في استعادة ضربات القلب إلى وضعها الطبيعي، بالإضافة إلى استخدامه في تقييم وظيفة القلب عند اختبار الإجهاد القلبي.

الفرق بين ATP و GTP

رمز ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين) مشابه لاختصارات جزيئات أخرى مثل GTP (جوانوزين ثلاثي الفوسفات)، حيث يقوم كل منهما بأدوار مختلفة داخل الخلايا ويشاركان في تصنيع الحمض النووي الريبوزي. دور GTP يكمن في إرسال الإشارات الخلوية بينما دور ATP الرئيسي هو تخزين الطاقة. يتكون ATP من قاعدة الأدينوزين النيتروجينية، بينما يحتوي GTP على قاعدة الجوانوزين النيتروجينية .

الفرق بين ATP و ADP

يتكون الحمض النووي من أربعة أحماض نووية أساسية، وعندما يتم ربط مجموعة الفوسفات بجزيئات الحمض النووي تسمى النيوكليوتيدات. أما الجزيء الذي لا يحتوي على الفوسفات فيسمى النيوكليوسيد. ونلاحظ أن الفرق بين ATP و ADP هو أن ADP يتكون من الأدينين المرتبط بمجموعتين من الفوسفات ويسمى الأدينوزين ثنائي الفوسفات. أما ATP فيتكون من ثلاث مجموعات من الفوسفات ويسمى بأدينوزين ثلاثي الفوسفات. بالإضافة إلى ذلك، يلعب ADP دورا محفزا لتحلل مركب ATP في عملية الهيدروليز، ويتجلى ذلك في المعادلة

ATP+H2O→ADP+PPi