Toiminto
ATP:n hydrolyysi tuottaa energiaa, jota tarvitaan moniin keskeisiin prosesseihin eliöissä ja soluissa. Näitä ovat solunsisäinen signalointi, DNA- ja RNA-synteesi, purinerginen signalointi, synaptinen signalointi, aktiivinen kuljetus ja lihassupistus. Nämä aiheet eivät ole tyhjentävä luettelo, mutta ne sisältävät joitakin ATP:n elintärkeitä tehtäviä.
ATP solunsisäisessä signaloinnissa
Signaalinsiirto nojaa voimakkaasti ATP:hen. ATP voi toimia substraattina kinaaseille, jotka ovat lukuisimpia ATP:tä sitovia proteiineja. Kun kinaasi fosforyloi proteiinia, signaalikaskadi voi aktivoitua, mikä johtaa erilaisten solunsisäisten signaalireittien modulointiin. Kinaasiaktiivisuus on solulle elintärkeää, ja siksi sitä on säädeltävä tiukasti. Magnesiumionin läsnäolo auttaa säätelemään kinaasiaktiivisuutta. Säätely tapahtuu magnesiumionien kautta, jotka ovat solussa ATP:n kanssa kompleksina, joka on sitoutunut fosfaattihappikeskuksiin. Kinaasiaktiivisuuden lisäksi ATP voi toimia ubiikkisena solunsisäisten lähettien vapautumisen laukaisijana. Näitä lähettiläitä ovat hormonit, erilaiset entsyymit, lipidivälittäjäaineet, neurotransmitterit, typpioksidi, kasvutekijät ja reaktiiviset happilajit. Esimerkkinä ATP:n hyödyntämisestä solunsisäisessä viestinvälityksessä voidaan havaita ATP:n toimiminen adenylaattisyklaasin substraattina. Tämä prosessi tapahtuu useimmiten G-proteiinikytkentäisissä reseptorisignaalireiteissä. Kun ATP sitoutuu adenylaattisyklaasiin, se muuttuu sykliseksi AMP:ksi, joka auttaa signaloimaan kalsiumin vapautumista solunsisäisistä varastoista. cAMP:lla on muitakin tehtäviä, kuten sekundaariset sanansaattajat hormonien signaalikaskadeissa, proteiinikinaasien aktivointi ja ionikanavien toiminnan säätely.
DNA/RNA-synteesi
DNA- ja RNA-synteesi vaatii ATP:tä. ATP on yksi neljästä nukleotiditrifosfaattimonomeeristä, joita tarvitaan RNA-synteesin aikana. DNA-synteesissä käytetään samanlaista mekanismia, paitsi että DNA-synteesissä ATP muuttuu ensin poistamalla happiatomi sokerista, jolloin saadaan deoksiribonukleotidia, dATP:tä.
Purinerginen signalointi
Purinerginen signalointi on solunulkoisen parakriinisen signaloinnin muoto, jota välittävät puriininukleotidit, mukaan lukien ATP. Tähän prosessiin kuuluu yleisesti purinergisten reseptorien aktivoituminen lähekkäin olevissa soluissa, mikä välittää signaaleja solunsisäisten prosessien säätelemiseksi. ATP:tä vapautuu vesikkelivarastoista, ja sitä säätelee IP3 muiden yleisten eksosytoottisten säätelymekanismien lisäksi. ATP:tä varastoidaan ja vapautetaan yhdessä neurotransmittereiden kanssa, mikä tukee edelleen käsitystä siitä, että ATP on välttämätön purinergisen neurotransmission välittäjä sekä sympaattisissa että parasympaattisissa hermoissa. ATP voi indusoida useita purinergisiä vasteita, mukaan lukien autonomisten toimintojen hallinta, hermo-glian vuorovaikutukset, kipu ja verisuonten sävyn hallinta.
Neurotransmissio
Aivot ovat elimistön suurin ATP:n kuluttaja, sillä ne kuluttavat noin 25 prosenttia käytettävissä olevasta kokonaisenergiasta. Suuri osa energiasta kuluu ionikonsentraatioiden ylläpitämiseen hermosolujen asianmukaista signalointia varten sekä synaptiseen siirtoon. Synaptinen siirto on energiaa vaativa prosessi. Presynaptisessa päätepisteessä ATP:tä tarvitaan ionigradienttien muodostamiseen, jotka kuljettavat välittäjäaineita vesikkeleihin, ja vesikkelien valmisteluun vapautumista varten eksosytoosin avulla.Neuronaalinen signalointi on riippuvainen presynaptiseen päätepisteeseen saapuvasta aktiopotentiaalista, joka antaa merkin ladattujen vesikkelien vapautumisesta. Tämä prosessi on riippuvainen siitä, että ATP palauttaa ionikonsentraation aksonissa jokaisen toimintapotentiaalin jälkeen, jolloin uusi signaali voi tapahtua. Aktiivinen kuljetus vastaa natrium- ja kaliumionien pitoisuuksien palauttamisesta perusarvoihin toimintapotentiaalin jälkeen Na/K-ATPaasin kautta. Tämän prosessin aikana yksi ATP-molekyyli hydrolysoituu, kolme natriumionia kuljetetaan ulos solusta ja kaksi kaliumionia kuljetetaan takaisin soluun, jotka molemmat liikkuvat konsentraatiogradienttiaan vastaan.Toimintapotentiaalit, jotka kulkevat aksonia pitkin, käynnistävät vesikulaarisen vapautumisen saavuttaessaan presynaptisen terminaalin. Ionigradienttien muodostumisen jälkeen toimintapotentiaalit etenevät aksonia pitkin aksonin depolarisaation kautta ja lähettävät signaalin kohti terminaalia. Yhden toimintapotentiaalin etenemiseen tarvitaan noin miljardi natriumionia. Neuronien on hydrolysoitava lähes miljardi AT-molekyyliä, jotta natrium/kalium-ionikonsentraatio palautuu jokaisen solun depolarisaation jälkeen. eksitatoriset synapsit hallitsevat suurelta osin aivojen harmaata massaa. Glutamaattia sisältäviä vesikkeleitä vapautuu synaptiseen rakoon aktivoimaan postsynaptisia eksitatorisia glutaminergisiä reseptoreita. Näiden molekyylien lataaminen vaatii suuria määriä ATP:tä, koska yhteen vesikkeliin on varastoitunut lähes neljä tuhatta glutamaattimolekyyliä. Vesikkelin vapautumisen käynnistämiseen, glutamatergisten postsynaptisten prosessien ohjaamiseen ja vesikkelin sekä jäljelle jääneen glutamaatin kierrättämiseen tarvitaan merkittäviä energiavarastoja. Siksi glutamaatin pakkaamiseen tarvittavien suurten energiamäärien vuoksi mitokondriot ovat glutamatergisten vesikkelien välittömässä läheisyydessä.
ATP lihassupistuksessa
Lihassupistus on välttämätön toiminto jokapäiväisessä elämässä, eikä sitä voisi tapahtua ilman ATP:tä. ATP:llä on kolme ensisijaista tehtävää lihassupistuksen toiminnassa. Ensimmäinen on voiman tuottaminen vierekkäisiä aktiinifilamentteja vasten myosiiniristisiltojen kierron kautta. Toinen on kalsiumionien pumppaaminen myoplasmasta sarkoplasmisen retikulumin läpi niiden pitoisuusgradienttia vastaan aktiivisen kuljetuksen avulla. Kolmas ATP:n suorittama tehtävä on natrium- ja kaliumionien aktiivinen kuljetus sarkolemman läpi, jotta kalsiumionit voivat vapautua, kun tulo vastaanotetaan. ATP:n hydrolyysi ohjaa jokaista näistä prosesseista.