ATP は、アデニン、三リン酸、糖の 3 つの主要部分で構成される有機化合物です。 ATP は、動物では細胞呼吸によって生成され、植物では光合成によって生成されます。 ATP は、高分子の合成、細胞膜を介した物質の輸送、細胞骨格に沿ったタンパク質の移動など、さまざまな方法で使用されます。
夏のロードトリップの準備をするとき、覚えておくべき最も重要なことのいくつかは、旅行のためにおいしい食べ物を持ってくることと、ガスが不足しないようにすることです!仕事をするためには燃料が必要なので、ガソリンがなければ車は動きません。同様に、人間は、食べ物から始まる燃料がなければ「走る」ことができません。
しかし、その食物が消費されて体内に取り込まれると、それらの食物分子のエネルギーにすぐにアクセスできるわけではありません.私たちが食べた食物は、消化管で分解されるなど、さまざまな経路を通って移動し、細胞に吸収されなければなりません。その時点で、細胞は食物を生物にとって使用可能な形のエネルギーに変換します。これはより一般的には ATP (アデノシン三リン酸) として知られています。これは動物に限ったことではありません。地球上のすべての生命は、細胞および代謝活動を促進するために ATP に依存しています。
ATP の定義
簡単に言うと、アデノシン三リン酸 (ATP) は細胞のエネルギー通貨であり、細胞が DNA の合成から脳への化学信号や神経インパルスの送信に至るまで、あらゆる種類の作業を実行するために必要です。体内の代謝経路 (主に細胞呼吸) を通じて、ATP は絶えず消費されて再生され、生物が機能し、生き残ることができるようにします。
この重要な有機化合物は、アデニン (窒素塩基)、三リン酸 (3 つのリン酸基)、および糖 (リボース) の 3 つの主要部分で構成されています。構造的に言えば、アデニンと糖は結合しており、追加のリン酸基を取ることができます.リン酸基が 1 つしか結合していないこの化合物は、アデノシン一リン酸 (AMP) と呼ばれます。 2 番目のグループが結合すると、アデノシン二リン酸 (ADP) と呼ばれ、3 番目のグループが追加されると、アデノシン三リン酸 (ATP) が作成されます。
(写真提供:ウィキメディア・コモンズ)
体に十分な ATP があると、器官系間の効果的な通信、DNA と RNA の合成、化学物質の細胞内外への輸送、必須タンパク質の生成、および細胞および生物の生存に必要な他の多くの重要なプロセスを行うことができます。
アデノシン三リン酸はどのように生成されますか?
動物における ATP の主な供給源は細胞呼吸であり、解糖から始まり、細胞のサイトゾルとミトコンドリアで発生し、その後に好気性呼吸 (クレブス回路と電子伝達鎖) が続きます。これらの 3 つのステップで、合計 36 の ATP が作成されます。 2 つの ATP は解糖系で生成され、別の 2 つはクレブス回路から生成されますが、なんと 32 の ATP が電子伝達系を介して生成されます。
ミトコンドリア膜には、ATP シンターゼと呼ばれる大きなタンパク質複合体があります。陽子がミトコンドリアに流れ込むと、ミトコンドリアの内部と外部の間で陽子勾配が維持されるため、ATP は ADP から (別のリン酸基を結合することによって) 生成されます。 ATP が ADP に変換されるとき、それは加水分解として知られるプロセスを通じて発生します。
植物では、光合成によってATPが生成されます。植物が二酸化炭素、水、太陽光からのエネルギーにすぐにアクセスできるようになると、光合成の明暗反応を起こすことができます。光反応では、太陽からのエネルギーが ADP のリン酸化によって化学エネルギー (ATP) に変換され、ADP はリン酸基を獲得して ATP になります。光合成の暗い反応 (カルビン サイクル) では、同じ ATP を使用して、植物が生き残るために必要な食物であるグルコースを合成できます。
アデノシン三リン酸はどのように使用されますか?
生物のエネルギー通貨として、ATP はさまざまな方法で、何千ものさまざまな目的で使用されます。 ATP合成酵素によってATP分子が生成されると、高濃度の領域から低濃度の領域への拡散により、必要な場所に移動します。アデノシン三リン酸が必要な領域に到達すると、2 番目と 3 番目のリン酸基の間の結合を切断することによってエネルギーを放出することができます。最終的なリン酸基が別の分子に移動すると、多くの場合、加水分解と呼ばれるプロセスを通じて、その結合のエネルギーが放出され、細胞内の他の重要なプロセスに電力を供給するために使用できます.これにより、アデノシン二リン酸分子が残り、ATP シンターゼ複合体に向かって戻り、プロセスを最初からやり直すことができます.
前述のように、ATP には多くの異なる機能があります。これは、作業を実行するためにエネルギーを必要とするさまざまなプロセスや経路があるためです。 ATP が関与する 3 つの主なタイプの作業は、化学、機械、輸送です。
ATP によって実行される化学作業の一般的な形式は、高分子の合成です。基質と酵素があると想像してください。酵素反応は、ATP分子がADP分子に変換されるときに獲得できるエネルギーの流入によってのみ触媒される可能性があります。反応が起こり、ADP 分子に加えて基質から生成物が生成されます。
輸送の仕事に関しては、ATP は物質が細胞膜を通過するのを助けるために大きく依存しています。たとえば、ATP は、原形質膜を横切って水素分子を押し出すプロトン ポンプに電力を供給するために必要です。
(写真提供:Mariana Ruiz/Wikimedia Commons)
最後に、機械的な仕事に関して言えば、筋肉の収縮や細胞骨格に沿った重要なタンパク質の動きなどは、ATP の存在下でのみ可能であり、ATP は分解されてエネルギーを放出し、ADP と無機リン酸分子を後に残します.
最後の言葉
これらは ATP の主要かつ最も重要な機能ですが、このエネルギー通貨はすべての生物と何百万もの異なる化学反応にとって重要です。毎秒、何億回もの ATP から ADP への変換、およびその逆が私たちの体内で発生し、存在の最も基本的なレベルで私たちの生存を促進しています!
