機能
ATP加水分解は、生物および細胞における多くの必須プロセスに必要なエネルギーを提供します。 これには、細胞内シグナル伝達、DNA および RNA 合成、プリン作動性シグナル伝達、シナプス シグナル伝達、活性輸送、筋収縮などが含まれます。
ATP in Intracellular Signaling
シグナル伝達は、ATPに大きく依存しています。 ATPは、最も多くのATP結合タンパク質であるキナーゼの基質として機能することができます。 キナーゼがタンパク質をリン酸化すると、シグナル伝達カスケードが活性化され、多様な細胞内シグナル伝達経路の調節につながる。 キナーゼの活性は細胞にとって極めて重要であるため、厳密に制御されなければならない。 マグネシウムイオンの存在は、キナーゼ活性の制御に役立っている。 マグネシウムイオンは、細胞内でATPと複合体として存在し、リン酸酸素中心で結合することで制御されている。 キナーゼ活性に加え、ATPは細胞内メッセンジャー放出のトリガーとして普遍的に機能することができる。 これらのメッセンジャーには、ホルモン、各種酵素、脂質メディエーター、神経伝達物質、一酸化窒素、成長因子、活性酸素種などが含まれる。 細胞内シグナル伝達におけるATP利用の一例として、アデニル酸シクラーゼの基質として働くATPを挙げることができる。 このプロセスは、主にGタンパク質共役型受容体シグナル伝達経路で起こる。 アデニル酸シクラーゼに結合すると、ATPはサイクリックAMPに変換され、細胞内貯蔵物からのカルシウムの放出シグナルをアシストする。 cAMPは、ホルモンシグナル伝達経路における二次メッセンジャー、プロテインキナーゼの活性化、イオンチャネルの機能制御など、他の役割も担っている。
DNA/RNA Synthesis
DNA と RNA の合成には、ATP が必要である。 ATPはRNA合成時に必要な4つのヌクレオチド-三リン酸モノマーのうちの1つです。 DNA合成では、まずATPが糖から酸素原子を取り除いて変換され、デオキシリボヌクレオチド、dATPが得られる以外は、同様のメカニズムを使用している。
プリン作動性シグナル
プリン作動性シグナルは、細胞外パラクリンシグナルの一種で、ATPなどのプリンヌクレオチドが媒介となるものである。 このプロセスは、一般に、近接する細胞上のプリン作動性受容体の活性化を伴い、それによって、細胞内プロセスを制御するためのシグナルが伝達される。 ATPは小胞体から放出され、他の一般的なエキソサイトーシス制御機構に加え、IP3によって制御される。 ATPは神経伝達物質の間で貯蔵と放出を繰り返しており、ATPが交感神経と副交感神経の両方におけるプリン作動性神経伝達の必要なメディエーターであるという考えをさらに裏付けています。 ATPは、自律神経機能の制御、神経グリア相互作用、痛み、血管緊張の制御など、いくつかのプリン体作動性反応を誘導することができます。
神経伝達
脳は体内で最も多くATPを消費し、利用可能な全エネルギーの約25％を消費する。 大量のエネルギーが、神経細胞の適切なシグナル伝達のためのイオン濃度の維持と、シナプス伝達のために費やされている。 シナプス伝達は、エネルギーを必要とするプロセスです。 シナプス前末端において、ATP は、神経伝達物質を小胞に運ぶイオン勾配の確立と、小胞のエキソサイトーシスによる放出のためのプライミングに必要とされます。 このプロセスは、活動電位が発生するたびにATPが軸索内のイオン濃度を回復させ、別のシグナルを発生させることに依存しています。 活動電位が発生した後、Na/K ATPase を介してナトリウムとカリウムのイオン濃度をベースライン値にリセットするのは、能動輸送が担っています。 軸索を走行する活動電位は、シナプス前末端に到達すると小胞放出を開始します。 イオン勾配を確立した後、活動電位は軸索の脱分極を通じて軸索を伝搬し、末端に向かって信号を送出します。 1つの活動電位を伝播するためには、約10億個のナトリウムイオンが必要である。 興奮性シナプスは、脳の灰白質に多く存在する。 グルタミン酸を含む小胞がシナプス間隙に放出され、シナプス後部の興奮性グルタミン酸受容体を活性化することになる。 これらの分子をロードするには、1つの小胞に4,000分子近いグルタミン酸が貯蔵されているため、大量のATPを必要とします。 小胞の放出を開始し、グルタミン酸作動性シナプス後プロセスを駆動し、小胞と残ったグルタミン酸を再利用するために、かなりのエネルギー貯蔵が必要です。 したがって、グルタミン酸のパッキングに大量のエネルギーが必要なため、ミトコンドリアはグルタミン酸作動性小胞に近接している。
筋収縮におけるATP
筋収縮は日常生活で必要な機能で、ATPなしでは発生し得ない。 筋収縮の作用において、ATPが果たす主な役割は3つあります。 1つ目は、ミオシン架橋の循環により、隣接するアクチンフィラメントに対抗する力を発生させることである。 2つ目は、筋質からカルシウムイオンを小胞体に送り込み、その濃度勾配に逆らって、能動輸送を行うことである。 ATPが行う3つ目の機能は、入力があったときにカルシウムイオンが放出されるように、ナトリウムイオンとカリウムイオンをサルコレマーを横切って能動輸送することである。 ATPの加水分解は、これらの各プロセスを駆動している
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