Function
L’idrolisi dell’ATP fornisce l’energia necessaria per molti processi essenziali in organismi e cellule. Questi includono la segnalazione intracellulare, la sintesi di DNA e RNA, la segnalazione purinergica, la segnalazione sinaptica, il trasporto attivo e la contrazione muscolare. Questi argomenti non sono una lista esaustiva, ma includono alcuni dei ruoli vitali che l’ATP svolge.
ATP nella segnalazione intracellulare
La trasduzione del segnale si basa molto sull’ATP. L’ATP può servire come substrato per le chinasi, le più numerose proteine leganti l’ATP. Quando una chinasi fosforila una proteina, una cascata di segnalazione può essere attivata, portando alla modulazione di diverse vie di segnalazione intracellulare. L’attività delle chinasi è vitale per la cellula e, pertanto, deve essere strettamente regolata. La presenza dello ione magnesio aiuta a regolare l’attività delle chinasi. La regolazione avviene attraverso gli ioni di magnesio presenti nella cellula come un complesso con l’ATP, legato ai centri dell’ossigeno fosfato. Oltre all’attività della chinasi, l’ATP può funzionare come un innesco ubiquo del rilascio di messaggeri intracellulari. Questi messaggeri includono ormoni, vari enzimi, mediatori lipidici, neurotrasmettitori, ossido nitrico, fattori di crescita e specie reattive dell’ossigeno. Un esempio di utilizzo dell’ATP nella segnalazione intracellulare può essere osservato nell’ATP che agisce come substrato per l’adenilato ciclasi. Questo processo si verifica principalmente nei percorsi di segnalazione dei recettori accoppiati a proteine G. Legandosi all’adenilato ciclasi, l’ATP si converte in AMP ciclico, che aiuta a segnalare il rilascio di calcio dalle riserve intracellulari. Il cAMP ha altri ruoli, compresi i messaggeri secondari nelle cascate di segnalazione ormonale, l’attivazione delle protein chinasi e la regolazione della funzione dei canali ionici.
Sintesi di DNA/RNA
La sintesi di DNA e RNA richiede ATP. L’ATP è uno dei quattro monomeri nucleotide-trifosfato necessari durante la sintesi dell’RNA. La sintesi del DNA usa un meccanismo simile, tranne che nella sintesi del DNA, l’ATP viene prima trasformato rimuovendo un atomo di ossigeno dallo zucchero per produrre il deossiribonucleotide, dATP.
Segnalazione purinergica
La segnalazione purinergica è una forma di segnalazione paracrina extracellulare che è mediata da nucleotidi purinici, incluso l’ATP. Questo processo comporta comunemente l’attivazione dei recettori purinergici sulle cellule in prossimità, che quindi trasmettono segnali per regolare i processi intracellulari. L’ATP viene rilasciato dai depositi vescicolari ed è regolato da IP3, oltre ad altri comuni meccanismi di regolazione esocitica. L’ATP è co-stoccato e co-rilasciato tra i neurotrasmettitori, sostenendo ulteriormente la nozione che l’ATP è un mediatore necessario della neurotrasmissione purinergica sia nei nervi simpatici che parasimpatici. L’ATP può indurre diverse risposte purinergiche, compreso il controllo delle funzioni autonome, le interazioni della glia neurale, il dolore e il controllo del tono dei vasi.
Neurotrasmissione
Il cervello è il maggior consumatore di ATP nel corpo, consumando circa il venticinque per cento dell’energia totale disponibile. Una grande quantità di energia è spesa per mantenere le concentrazioni di ioni per una corretta segnalazione neuronale, così come per la trasmissione sinaptica. La trasmissione sinaptica è un processo che richiede energia. Al terminale presinaptico, l’ATP è necessario per stabilire gradienti ionici che trasportano i neurotrasmettitori nelle vescicole e per adescare le vescicole per il rilascio attraverso l’esocitosi. La segnalazione neuronale dipende dal potenziale d’azione che raggiunge il terminale presinaptico, segnalando il rilascio delle vescicole caricate. Questo processo dipende dall’ATP che ripristina la concentrazione di ioni nell’assone dopo ogni potenziale d’azione, permettendo un altro segnale. Il trasporto attivo è responsabile del ripristino delle concentrazioni di ioni sodio e potassio ai valori di base dopo un potenziale d’azione attraverso la Na/K ATPasi. Durante questo processo, una molecola di ATP viene idrolizzata, tre ioni di sodio vengono trasportati fuori dalla cellula e due ioni di potassio vengono trasportati indietro nella cellula, entrambi i quali si muovono contro i loro gradienti di concentrazione.potenziali d’azione che viaggiano lungo l’assone iniziano il rilascio vescicolare al raggiungimento del terminale presinaptico. Dopo aver stabilito i gradienti ionici, i potenziali d’azione si propagano lungo l’assone attraverso la depolarizzazione dell’assone, inviando un segnale verso il terminale. Circa un miliardo di ioni di sodio sono necessari per propagare un singolo potenziale d’azione. I neuroni dovranno idrolizzare quasi un miliardo di molecole di AT per ripristinare la concentrazione di ioni sodio/potassio dopo ogni depolarizzazione della cellula.Le sinapsi eccitatorie dominano ampiamente la materia grigia del cervello. Le vescicole contenenti glutammato saranno rilasciate nella fessura sinaptica per attivare i recettori glutaminergici eccitatori postsinaptici. Il caricamento di queste molecole richiede grandi quantità di ATP a causa delle quasi quattromila molecole di glutammato immagazzinate in una singola vescicola. Sono necessarie notevoli riserve di energia per avviare il rilascio della vescicola, guidare i processi postsinaptici glutamatergici e riciclare la vescicola e il glutammato rimasto. Pertanto, a causa della grande quantità di energia richiesta per il confezionamento del glutammato, i mitocondri sono in prossimità delle vescicole glutammatergiche.
ATP nella contrazione muscolare
La contrazione muscolare è una funzione necessaria della vita quotidiana e non potrebbe avvenire senza ATP. Ci sono tre ruoli primari che l’ATP svolge nell’azione della contrazione muscolare. Il primo è la generazione di forza contro i filamenti di actina adiacenti attraverso il ciclo dei ponti incrociati di miosina. Il secondo è il pompaggio degli ioni di calcio dal mioplasma attraverso il reticolo sarcoplasmatico contro i loro gradienti di concentrazione usando il trasporto attivo. La terza funzione svolta dall’ATP è il trasporto attivo di ioni sodio e potassio attraverso il sarcolemma in modo che gli ioni calcio possano essere rilasciati quando si riceve l’input. L’idrolisi dell’ATP guida ognuno di questi processi.