Lexikon: Adenosintriphosphat

 

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Atp.PNG|thumb|400px||Strukturformel von ATP Adenosintriphosphat (ATP) ist die universelle Form unmittelbar verfügbarer Energie in jeder Zelle (Biologie)|Zelle, gleichzeitig ein wichtiger Regulator energieliefernder Prozesse. ATP kann aus Energiespeichern (, Kreatin-Phosphat) bei Bedarf freigesetzt werden. Das ATP- besteht aus einem Adenin-Rest, dem Zucker Ribose und drei -Resten (alpha bis gamma) in Ester- (alpha) bzw. Anhydrid-Bindung (beta und gamma).

ATP als Energieträger

Für die meisten in Zelle (Biologie)|Zellen ablaufenden Prozesse wird benötigt, da dabei chemische, osmotische oder mechanische Arbeit geleistet wird. Diese Energie muss in irgend einer Form bereitgestellt werden. Dies geschieht über das ATP. Die Bindungen der drei reste sind sehr energiereiche chemische Bindungen. Die Phosphate sind über so genannte Phosphoanhydrid-Bindungen (Säureanhydrid-Bindungen) miteinander verbunden. Werden diese Bindungen durch Enzyme Hydrolyse|hydrolytisch gespalten, entsteht das (ADP) bzw. das Adenosinmonophosphat (AMP). Dabei werden jeweils etwa 30 kJ/mol Energie frei. Diese freiwerdende Energie ermöglicht die Arbeitsleistungen in den Zellen.

Als Energiequelle wird ATP für die grundlegenden energieverbrauchenden Prozesse aller Lebewesen genutzt: Synthese (Chemie)|Synthese von organischen Molekülen, aktiver Stofftransport durch Biomembranen hindurch in die Zellen oder hinaus sowie Bewegungen wie zum Beispiel bei der .

ATP als Cosubstrat (Coenzym)

ATP ist ein Substrat der Kinasen, das heißt einer Gruppe von Phosphat-übertragenden Enzymen, die im Metabolismus und bei der Stoffwechselregulation eine Schlüsselrolle spielen. Bedeutende Mitglieder der letzteren Gruppe sind die Proteinkinasen, die je nach ihrem Aktivierungsmechanismus als Proteinkinase A (PKA, Cyclisches Adenosinmonophosphat|cAMP-abhängig), Proteinkinase C (PKC, Calcium-abhängig), Calmodulin-abhängige Kinase, oder Insulin-stimulierte Proteinkinase (ISPK) bezeichnet werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Unter werden einige Grundprinzipien angesprochen, nach denen eine Serie von Kinasen zu einer Enzymkaskade zusammengeschaltet sein kann.

Regeneration des ATP

Aus dem bei der Energieabgabe aus ATP entstandenen AMP bzw. ADP regeneriert die Zelle (Biologie)|Zelle das ATP. Dafür gibt es zwei verschiedene Prinzipien, die als Substratphosphorylierung und Elektronentransportphosphorylierung bezeichnet werden.

Bei der Substratphosphorylierung wird ein -Rest an einen Zwischenstoff des Abbaus von Energiequellen gebunden und nach weiterem Umbau des Zwischenstoffes auf ADP übertragen. Die Bezeichnung Substratphosphorylierung bezieht sich auf die Zwischenstoffe des Abbaus der Energiequellen, die an e gebunden sind und deshalb als Enzymsubstrate bezeichnet werden.

Bei der Elektronentransportphosphorylierung werden durch einen Transport von en entlang einem Redoxreaktion|Redoxgefälle über verschiedene Elektronen- und Wasserstoff-Überträger, die in einer Biomembran angeordnet sind, Protonen von einem durch die Biomembran umschlossenen Raum der Zelle in einen anderen (oft der Raum ausserhalb der Zelle) exportiert. So wird ein Protonen-Konzentrationsunterschied erzeugt. Der Rückfluss der Protonen durch das ebenfalls in der Biomembran lokalisierte ATP-Synthase treibt die von diesem Enzym katalysierte energieverbrauchende Bindung anorganischer reste an das AMP bzw. ADP.

Bei Chemotrophie|chemotrophen Organismen ist der Elektronentransport mit einem oxidativen Abbau der Energiequellen verbunden. Dabei werden -Atome abgespalten und diese in Protonen und Elektronen gespalten. Bei Eukaryoten findet der Vorgang in den Mitochondrien statt. Siehe auch Chemotrophie.

Bei Phototrophie|phototrophen Organismen werden die Elektronen nach Absorption von Licht von Chlorophyllen auf hohem Energieniveau abgegeben. Man spricht deshalb in diesem Fall von Phototrophie|Photophosphorylierung. Siehe auch Phototrophie.

Kurzzeitregeneration

Da die Oxidative Phosphorylierung, Atmungskette etc. relativ langsame Prozesse sind, muss der ATP-Vorrat in stark beanspruchten Zellen (Muskelzellen) auch kurzfristig wieder aufgefüllt werden. Der ATP-Vorrat reicht bei starker Beanspruchung nur ca. 1 s. Eine Pufferwirkung übernehmen hier Moleküle mit höherem Gruppenübertragungspotenzial als ATP. Säugetiermuskelzellen halten einen Vorrat an Kreatinphosphat bereit; die Kreatin-Kinase katalysiert die Übertragung der Phosphorylgruppe vom Kreatinphosphat auf ATP. Ist dieser Vorrat verbraucht, müssen die oben genannten Mechanismen die ATP-Regeneration alleine tragen.

ATP-Konzentrationen

In der Zelle ist die ATP-Konzentration eine Regelgröße:

  • Absinken unter einen Schwellenwert (4 - 5 mmol/L) aktiviert energieliefernde Reaktionen (siehe );
  • Übersteigen des Schwellenwertes bewirkt Energiespeicherung, z.B. durch
    • Bildung von Kreatin-Phosphat als schnell verfügbaren (ATP-liefernden) Speicher im Muskel;
    • Aufbau von als „Energiepolster“ in der Leber. Kohlenhydrat- und Proteinspeicher sind allerdings limitiert; weiterer Energieüberschuss führt (über Acetyl-CoA) zur Speicherung von Fett.

Bei einem durchschnittlichen erwachsenen Menschen entspricht die Menge ATP, die täglich in seinem Körper auf- und wieder abgebaut wird, etwa seinem Körpergewicht. Der ATP-Durchsatz ist also sehr hoch: Er kann bei intensiver Arbeit auf 0,5 kg pro Minute (!) ansteigen.

Siehe auch: Phosphofructokinase|Regulatorfunktionen; Gruppenübertragungspotential

Kategorie:Biochemie Kategorie:Chemische Verbindung

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