Funktion
ATP-hydrolyse leverer den energi, der er nødvendig for mange vigtige processer i organismer og celler. Disse omfatter intracellulær signalering, DNA- og RNA-syntese, purinerg signalering, synaptisk signalering, aktiv transport og muskelkontraktion. Disse emner er ikke en udtømmende liste, men omfatter nogle af de vitale roller, som ATP udfører.
ATP i intracellulær signalering
Signaltransduktion er i høj grad afhængig af ATP. ATP kan tjene som substrat for kinaser, det mest talrige ATP-bindende protein. Når en kinase fosforylerer et protein, kan en signalkaskade aktiveres, hvilket fører til modulering af forskellige intracellulære signalveje. Kinaseaktivitet er afgørende for cellen og skal derfor være nøje reguleret. Tilstedeværelsen af magnesiumionen er med til at regulere kinaseaktiviteten. Reguleringen sker ved hjælp af magnesiumioner, der findes i cellen som et kompleks med ATP, der er bundet ved fosfatoxygencentrene. Ud over kinaseaktivitet kan ATP fungere som en allestedsnærværende udløser af intracellulær frigivelse af budbringere. Disse budbringere omfatter hormoner, forskellige enzymer, lipidmediatorer, neurotransmittere, nitrogenoxid, vækstfaktorer og reaktive oxygenarter. Et eksempel på ATP-anvendelse i intracellulær signalering kan ses ved, at ATP fungerer som substrat for adenylatcyklase. Denne proces finder hovedsagelig sted i G-proteinkoblede receptor-signalveje. Ved binding til adenylatcyklase omdannes ATP til cyklisk AMP, som bidrager til at signalere frigivelse af calcium fra intracellulære lagre. cAMP har andre roller, herunder sekundære budbringere i hormonsignalkaskader, aktivering af proteinkinaser og regulering af funktionen af ionkanaler.
DNA/RNA-syntese
DNA- og RNA-syntese kræver ATP. ATP er en af fire nukleotid-triphosphat-monomerer, som er nødvendig under RNA-syntesen. DNA-syntese anvender en lignende mekanisme, bortset fra at ATP i DNA-syntese først bliver omdannet ved at fjerne et oxygenatom fra sukkeret for at give deoxyribonukleotid, dATP.
Purinerg signalering
Purinerg signalering er en form for ekstracellulær parakrin signalering, der formidles af purinnukleotider, herunder ATP. Denne proces indebærer almindeligvis aktivering af purinerge receptorer på celler i nærheden, hvorved der overføres signaler til regulering af intracellulære processer. ATP frigives fra vesikulære lagre og reguleres af IP3 ud over andre almindelige exocytotiske reguleringsmekanismer. ATP lagres og frigives samtidig med neurotransmittere, hvilket yderligere understøtter den opfattelse, at ATP er en nødvendig mediator for purinerge neurotransmission i både sympatiske og parasympatiske nerver. ATP kan fremkalde flere purinerge reaktioner, herunder kontrol af autonome funktioner, neurale glia-interaktioner, smerte og kontrol af fartøjstonen.
Neurotransmission
Hjernen er den største forbruger af ATP i kroppen, idet den forbruger ca. 25 % af den samlede tilgængelige energi. En stor mængde energi bruges på at opretholde ionkoncentrationer for korrekt neuronal signalering samt på synaptisk transmission. Synaptisk transmission er en energikrævende proces. Ved den præsynaptiske terminal er der brug for ATP til at etablere iongradienter, der transporterer neurotransmittere ind i vesikler, og til at klargøre vesiklerne til frigivelse gennem exocytose. neuronal signalering er afhængig af, at aktionspotentialet når den præsynaptiske terminal, hvilket signalerer frigivelse af de fyldte vesikler. Denne proces er afhængig af, at ATP genopretter ionkoncentrationen i axonet efter hvert aktionspotentiale, således at et nyt signal kan opstå. Aktiv transport er ansvarlig for, at natrium- og kalium-ionkoncentrationerne genoprettes til baselineværdierne efter et aktionspotentiale gennem Na/K ATPase. Under denne proces hydrolyseres et molekyle ATP, tre natriumioner transporteres ud af cellen, og to kaliumioner transporteres tilbage til cellen, som begge bevæger sig mod deres koncentrationsgradienter.Aktionspotentialer, der bevæger sig ned gennem axonet, udløser vesikulær frigivelse, når de når frem til den præsynaptiske terminal. Efter at have etableret iongradienterne forplanter aktionspotentialerne sig derefter ned ad axonet gennem depolarisering af axonet og sender et signal mod terminalen. Der er ca. en milliard natriumioner nødvendige for at sprede et enkelt aktionspotentiale. Neuroner skal hydrolyse næsten en milliard AT-molekyler for at genoprette natrium/kalium-ionkoncentrationen efter hver celledepolarisering. excitatoriske synapser dominerer i vid udstrækning den grå hjernesubstans. Vesikler indeholdende glutamat vil blive frigivet i den synaptiske kløft for at aktivere postsynaptiske excitatoriske glutaminergiske receptorer. Indlæsning af disse molekyler kræver store mængder ATP på grund af de næsten fire tusinde glutamatmolekyler, der er lagret i en enkelt vesikel. Det er nødvendigt med betydelige energibeslag for at igangsætte frigivelsen af vesiklen, drive de glutamatergiske postsynaptiske processer og genanvende vesiklen samt det resterende glutamat. På grund af de store energimængder, der kræves til glutamatpakning, befinder mitokondrier sig derfor i umiddelbar nærhed af glutamatergiske vesikler.
ATP i muskelkontraktion
Muskelkontraktion er en nødvendig funktion i hverdagen og kunne ikke finde sted uden ATP. Der er tre primære roller, som ATP udfylder i forbindelse med muskelkontraktion. Den første er gennem generering af kraft mod tilstødende aktinfilamenter gennem cyklingen af myosin-krydsbroer. Den anden er pumpning af calciumioner fra myoplasmaet gennem det sarkoplasmatiske retikulum mod deres koncentrationsgradienter ved hjælp af aktiv transport. Den tredje funktion, der udføres af ATP, er den aktive transport af natrium- og kaliumioner gennem sarcolemmaet, således at calciumioner kan frigives, når input modtages. Hydrolysen af ATP driver hver af disse processer.