Funkce
Hydrolyza ATP poskytuje energii potřebnou pro mnoho základních procesů v organismech a buňkách. Patří mezi ně vnitrobuněčná signalizace, syntéza DNA a RNA, purinergní signalizace, synaptická signalizace, aktivní transport a svalová kontrakce. Tato témata nejsou vyčerpávajícím výčtem, ale zahrnují některé z životně důležitých rolí, které ATP plní.
ATP ve vnitrobuněčné signalizaci
Přenos signálů do značné míry závisí na ATP. ATP může sloužit jako substrát pro kinázy, nejpočetnější proteiny vážící ATP. Když kináza fosforyluje protein, může být aktivována signální kaskáda, což vede k modulaci různých intracelulárních signálních drah. Aktivita kináz je pro buňku životně důležitá, a proto musí být přísně regulována. Přítomnost hořečnatého iontu pomáhá regulovat aktivitu kináz. Regulace probíhá prostřednictvím hořečnatých iontů existujících v buňce jako komplex s ATP, vázaný na fosfátová kyslíková centra. Kromě kinázové aktivity může ATP fungovat jako všudypřítomný spouštěč uvolňování intracelulárních zpráv. Mezi tyto posly patří hormony, různé enzymy, lipidové mediátory, neurotransmitery, oxid dusnatý, růstové faktory a reaktivní formy kyslíku. Příkladem využití ATP v intracelulární signalizaci může být ATP působící jako substrát pro adenylátcyklázu. K tomuto procesu dochází většinou v signálních drahách receptorů spřažených s G-proteiny. Po navázání na adenylátcyklázu se ATP přemění na cyklický AMP, který pomáhá při signalizaci uvolňování vápníku z intracelulárních zásob. CAMP má i další role, včetně sekundárních poslů v hormonálních signálních kaskádách, aktivace proteinkináz a regulace funkce iontových kanálů.
Syntéza DNA/RNA
Syntéza DNA a RNA vyžaduje ATP. ATP je jedním ze čtyř nukleotid-trifosfátových monomerů, které jsou nezbytné při syntéze RNA. Syntéza DNA využívá podobný mechanismus s tím rozdílem, že při syntéze DNA se ATP nejprve přemění odstraněním atomu kyslíku z cukru za vzniku deoxyribonukleotidu, dATP.
Purinergní signalizace
Purinergní signalizace je forma extracelulární parakrinní signalizace, která je zprostředkována purinovými nukleotidy, včetně ATP. Tento proces běžně zahrnuje aktivaci purinergních receptorů na buňkách v blízkosti, čímž dochází k přenosu signálů regulujících intracelulární procesy. ATP se uvolňuje z vezikulárních zásob a je regulován IP3, kromě dalších běžných exocytotických regulačních mechanismů. ATP je společně ukládán a společně uvolňován mezi neurotransmitery, což dále podporuje názor, že ATP je nezbytným prostředníkem purinergní neurotransmise v sympatiku i parasympatiku. ATP může vyvolat několik purinergních reakcí, včetně kontroly autonomních funkcí, interakcí nervové glie, bolesti a kontroly tonu cév.
Neurotransmise
Mozek je největším spotřebitelem ATP v těle, spotřebuje přibližně dvacet pět procent celkové dostupné energie. Velké množství energie se spotřebuje na udržování koncentrace iontů pro správnou neuronální signalizaci a také na synaptický přenos. Synaptický přenos je energeticky náročný proces. V presynaptickém terminálu je ATP zapotřebí k vytvoření iontového gradientu, který přenáší neurotransmitery do vezikul, a k přípravě vezikul k uvolnění prostřednictvím exocytózy. neuronální signalizace je závislá na akčním potenciálu, který dosáhne presynaptického terminálu a signalizuje uvolnění naložených vezikul. Tento proces je závislý na ATP, který po každém akčním potenciálu obnoví koncentraci iontů v axonu a umožní tak vznik dalšího signálu. Aktivní transport je zodpovědný za obnovení koncentrace sodíkových a draslíkových iontů na výchozí hodnoty po výskytu akčního potenciálu prostřednictvím Na/K ATPázy. Během tohoto procesu je hydrolyzována jedna molekula ATP, tři sodíkové ionty jsou transportovány ven z buňky a dva draslíkové ionty jsou transportovány zpět do buňky, přičemž oba ionty se pohybují proti svému koncentračnímu gradientu. akční potenciály putující axonem iniciují po dosažení presynaptického terminálu uvolnění vezikul. Po vytvoření iontových gradientů se pak akční potenciály šíří axonem dolů prostřednictvím depolarizace axonu a vysílají signál směrem k terminálu. K šíření jednoho akčního potenciálu je zapotřebí přibližně jedna miliarda sodíkových iontů. Neurony budou muset hydrolyzovat téměř miliardu molekul AT, aby obnovily koncentraci sodíkových/draslíkových iontů po každé depolarizaci buňky. excitační synapse z velké části dominují šedé hmotě mozkové. Do synaptické štěrbiny se uvolní vezikuly obsahující glutamát, které aktivují postsynaptické excitační glutaminergní receptory. Načítání těchto molekul vyžaduje velké množství ATP kvůli téměř čtyřem tisícům molekul glutamátu uložených v jediné vezikule. K zahájení uvolňování vezikul, pohonu glutamátergních postsynaptických procesů a recyklaci vezikul i zbytků glutamátu jsou nutné značné zásoby energie. Proto jsou mitochondrie vzhledem k velkému množství energie potřebné pro balení glutamátu v těsné blízkosti glutamátergních vezikul.
ATP ve svalové kontrakci
Svalová kontrakce je nezbytnou funkcí každodenního života a nemohla by probíhat bez ATP. Existují tři základní role, které ATP plní při činnosti svalové kontrakce. První z nich spočívá ve vytváření síly proti sousedním aktinovým vláknům prostřednictvím cyklování myozinových příčných můstků. Druhou je přečerpávání vápenatých iontů z myoplazmy přes sarkoplazmatické retikulum proti jejich koncentračnímu gradientu pomocí aktivního transportu. Třetí funkcí, kterou plní ATP, je aktivní transport sodíkových a draslíkových iontů přes sarkolemu, aby se vápenaté ionty mohly uvolnit po přijetí vstupu. Hydrolýza ATP pohání každý z těchto procesů.
.