コア コンセプト
このチュートリアルでは、「生物学における ATP とは?」という質問に答えます。ここでは、ATP とは何かについて学びます 生物学で その構造と生産サイクルとともに。また、 ATP についても学びます。 エネルギーを放出します。
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生物学における ATP とは?
生物学における ATP は、細胞内でエネルギーを運ぶ分子です。アデノシン三リン酸としても知られる生化学者は、ATP を細胞の主要なエネルギー単位として機能するため、一般に細胞の「エネルギー通貨」と呼んでいます。多くの代謝プロセスには ATP が関与しており、以下にリストされています:
- 好気呼吸
- 発酵
- 細胞分裂
- 光リン酸化
- 運動性
- エンドサイトーシスとエキソサイトーシス
- 光合成
- タンパク質合成
これらの代謝機能に加えて、ATP は細胞コミュニケーションを含むシグナル伝達経路で機能し、DNA 合成中に DNA に組み込まれます。
代謝プロセスにおいて ATP が重要なのはなぜですか?
ATPは、私たちが直接使用できる唯一のエネルギー源です。体内のあらゆる形態の栄養摂取は、他の機能に利用される前に ATP に変換されます。 ATP はエネルギー源であるだけでなく、細胞内外への巨大分子の輸送や細胞外または細胞内のシグナル分子であるなど、他の多くの重要な機能を実行する役割を担っています。
ATP はどのように生物学的に生成されるのですか?
体内でATPを生成できる多くのプロセスがあります. ATP の生成は、酸素の存在下または嫌気性条件下で発生する可能性があります。 ATP の生成に関与する 2 つの主なプロセス、細胞呼吸と嫌気性呼吸について説明します。
細胞呼吸
細胞呼吸は、グルコースが ATP に変換されるプロセスです。グルコースは、酸化的リン酸化中に酸化される電子伝達体を生成するアセチル CoA に異化されます。
解糖系では、グルコースが分解され、基質のリン酸化によって 2 つの ATP が生成されます。ただし、細胞は、細胞呼吸の他の多くの段階で ATP を生成します。たとえば、ATP はクエン酸サイクル中に形成され、ATP の 1 等量が生成されます。ミトコンドリアは、電気化学的勾配を横切って移動するプロトンから ATP 合成酵素に電力を供給するため、細胞呼吸の後期に最も多くの ATP を生成します。 ATP の総量は、電子伝達体によって異なります。 1 つの NADH 分子は 2.5 の ATP を生成しますが、1 つの FADH2 分子は 1.5 の ATP を生成します。
嫌気呼吸
嫌気性呼吸は、細胞呼吸中に酸素が利用できない場合に発生します。このプロセスでは、グルコース 1 分子あたり 2 分子の ATP しか生成されません。これは、酸素が不足すると細胞呼吸が乳酸発酵を起こし、NADH 分子が酸化されて反応が進行するためです。
ATP 構造
生物学における ATP 分子は、アデノシンと 3 つのリン酸基でできています。さらに説明すると、アデノシンにはプリン塩基とリボース糖が含まれます。プリン塩基はリボースの 1' 炭素原子に結合し、3 つのリン酸基はリボースの 5' 炭素原子に結合します。以下の分子は、アデノシン三リン酸の構造を示しています。
そのアデノシン三リン酸の構造により、水に溶け、3 つのリン酸基を接続する 2 つのリン酸無水物結合により高いエネルギー含有量を持ちます。
ATP でどのようにエネルギーが放出されるのですか?
ATP は、発熱反応を引き起こす 2 番目と 3 番目のリン酸基の間の結合で解放可能なエネルギーを提供するため、細胞の「エネルギー通貨」と呼ばれることがあります。
リン酸基間のこれらの結合は、電気陰性電荷が互いに反発するため、高エネルギーです。代謝プロセスを通じて、リン酸基が失われると、ATP が加水分解されて ADP になります。フィードバック機構はこれらの反応を制御して、細胞内で一貫した ATP レベルを維持します。
ATPエネルギーとは?
生化学者は、アデノシン三リン酸によって細胞内で生成されるエネルギーを「ATPエネルギー」と呼んでいます。このエネルギーは、筋肉の収縮や神経インパルスなど、生物学の多くのプロセスに不可欠です。生物学では、ATP は細胞内の高エネルギー食品の分解や、ATP から ADP への変換によってエネルギーを生成します。
ATP サイクル
高エネルギーのリン酸無水物結合を持つ ATP の 2 つの外部リン酸により、それらの結合は容易に移動します。末端リン酸は加水分解されて ATP から ADP を形成できるため、これにより ATP サイクルが作成されます。次に、酵素は ADP をリン酸化して ATP を生成できます。
生物学における ATP の機能
ATP の加水分解は、生物や細胞の多くのプロセスに必要なエネルギーを提供するものです。いくつかの機能には、細胞内シグナル伝達、DNA および RNA 合成 (分子クローニングおよび PCR を含む)、シナプス シグナル伝達、能動輸送、および筋肉収縮が含まれます。
細胞内シグナル伝達における ATP
あらゆる形態のシグナル伝達は ATP に依存しています。 ATP はキナーゼ (ATP 結合タンパク質) の基質として機能します。細胞内の ATP との複合体に見られるマグネシウム イオンは、これらのキナーゼを調節します。マグネシウムはリン酸酸素中心に結合します。キナーゼ活性の調節を支援することに加えて、ATP は細胞内メッセンジャー放出のトリガーとして機能します。これらのメッセンジャーには、ホルモン、酵素、神経伝達物質などがあります。
DNA および RNA 合成における ATP
DNA と RNA の合成には ATP が必要です。 ATP は、RNA 合成に必要な 4 つのヌクレオチド三リン酸モノマーの 1 つです。 DNA 合成では、ATP が最初に糖から酸素原子を失ってデオキシリボヌクレオチド dATP を生成する必要があることを除いて、同様のメカニズムが必要です。
神経伝達におけるATP
脳は、ニューロンのシグナル伝達とシナプス伝達のためのイオン濃度を維持するために大量のエネルギーが必要なため、体内の他の場所で最も ATP を消費します。シナプス前終末では、ニューロンはイオン勾配を確立して神経伝達物質を小胞に入れるために ATP を必要とします。ニューロンのシグナル伝達は、シナプス前終末に到達して、ロードされた小胞の放出を知らせることができる活動電位に依存するため、これは重要です。このプロセスは、活動電位の後に軸索のイオン濃度を復元する ATP に依存し、別のシグナルが発生することを可能にします。この過程で、1 分子の ATP が加水分解し、3 つのナトリウム イオンが細胞から出て、2 つのカリウム イオンが細胞に入ります。
筋肉収縮におけるATP
筋肉の収縮は日常生活に必要であり、ATP がなければ発生しません。 ATP が筋肉の収縮で果たす 3 つの主要な役割があります。まず、ATP は、ミオシン架橋を動かすことによって、隣接するアクチン フィラメントに対して力を発生させます。第二に、ATP は能動輸送を使用してカルシウムをその濃度勾配に逆らって移動させることにより、筋原形質から筋小胞体を横切ってカルシウムイオンを送り出します。最後に、ATP は、活動電位が発生したときにカルシウム イオンを放出するために、筋細胞膜を横切るナトリウムおよびカリウム イオンの能動輸送に関与します。
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