Function
Hydroliza ATP dostarcza energii potrzebnej do wielu istotnych procesów w organizmach i komórkach. Należą do nich sygnalizacja wewnątrzkomórkowa, synteza DNA i RNA, sygnalizacja purynergiczna, sygnalizacja synaptyczna, transport aktywny i skurcz mięśni. Tematy te nie są wyczerpującą listą, ale obejmują niektóre z istotnych ról, jakie pełni ATP.
ATP w sygnalizacji wewnątrzkomórkowej
Przewodzenie sygnałów w dużym stopniu zależy od ATP. ATP może służyć jako substrat dla kinaz, najliczniejszych białek wiążących ATP. Kiedy kinaza fosforyluje białko, kaskada sygnałowa może zostać aktywowana, co prowadzi do modulacji różnych wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych. Aktywność kinaz jest niezbędna dla komórki i dlatego musi być ściśle regulowana. Obecność jonów magnezu pomaga regulować aktywność kinaz. Regulacja odbywa się poprzez jony magnezu występujące w komórce jako kompleks z ATP, związany z fosforanowymi centrami tlenowymi. Oprócz aktywności kinazy, ATP może funkcjonować jako wszechobecny wyzwalacz uwalniania wewnątrzkomórkowych posłańców. Do tych posłańców należą hormony, różne enzymy, mediatory lipidowe, neuroprzekaźniki, tlenek azotu, czynniki wzrostu i reaktywne formy tlenu. Przykładem wykorzystania ATP w sygnalizacji wewnątrzkomórkowej może być ATP działający jako substrat dla cyklazy adenylanowej. Proces ten zachodzi głównie w szlakach sygnałowych receptorów sprzężonych z białkami G. Po związaniu się z cyklazą adenylanową, ATP przekształca się w cykliczny AMP, który pomaga w sygnalizacji uwalniania wapnia z magazynów wewnątrzkomórkowych. CAMP ma inne role, w tym wtórnych posłańców w kaskadach sygnalizacji hormonalnej, aktywacji kinaz białkowych i regulacji funkcji kanałów jonowych.
Synteza DNA/RNA
Synteza DNA i RNA wymaga ATP. ATP jest jednym z czterech monomerów nukleotydowo-trifosforanowych, który jest niezbędny podczas syntezy RNA. Synteza DNA wykorzystuje podobny mechanizm, z wyjątkiem syntezy DNA, ATP najpierw przekształca się przez usunięcie atomu tlenu z cukru, aby uzyskać dezoksyrybonukleotyd, dATP.
Sygnalizacja purynergiczna
Sygnalizacja purynergiczna jest formą zewnątrzkomórkowej sygnalizacji parakrynnej, która jest pośredniczona przez nukleotydy purynowe, w tym ATP. Proces ten powszechnie pociąga za sobą aktywację receptorów purynergicznych na komórkach w pobliżu, przekazując w ten sposób sygnały regulujące procesy wewnątrzkomórkowe. ATP jest uwalniany z magazynów pęcherzykowych i jest regulowany przez IP3, oprócz innych powszechnie stosowanych egzocytotycznych mechanizmów regulacyjnych. ATP jest magazynowany i uwalniany wspólnie z neurotransmiterami, co potwierdza tezę, że ATP jest niezbędnym mediatorem neurotransmisji purynergicznej zarówno w nerwach współczulnych, jak i przywspółczulnych. ATP może indukować kilka purynergicznych odpowiedzi, w tym kontrolę funkcji autonomicznych, interakcji neuronalnych glia, bólu i kontroli tonu naczyń.
Neurotransmisja
Mózg jest najwyższym konsumentem ATP w organizmie, zużywając około dwadzieścia pięć procent całkowitej dostępnej energii. Duża ilość energii jest spędzony na utrzymanie stężenia jonów dla prawidłowego sygnalizacji neuronów, jak również na transmisji synaptycznej. Transmisja synaptyczna jest procesem wymagającym dużej ilości energii. W terminalu presynaptycznym, ATP jest wymagany do ustanowienia gradientu jonowego, który przenosi neuroprzekaźniki do pęcherzyków, oraz do przygotowania pęcherzyków do uwolnienia poprzez egzocytozę. Proces ten jest zależny od ATP przywracającego stężenie jonów w aksonie po każdym potencjale czynnościowym, co pozwala na wystąpienie kolejnego sygnału. Transport aktywny jest odpowiedzialny za przywrócenie stężenia jonów sodu i potasu do wartości wyjściowych po wystąpieniu potencjału czynnościowego poprzez ATPazę Na/K. Podczas tego procesu jedna cząsteczka ATP jest hydrolizowana, trzy jony sodu są transportowane z komórki, a dwa jony potasu są transportowane z powrotem do komórki, przy czym oba te jony poruszają się w kierunku przeciwnym do ich gradientu stężeń. Po ustanowieniu gradientów jonowych, potencjały czynnościowe propagują się w dół aksonu poprzez depolaryzację aksonu, wysyłając sygnał w kierunku terminala. Około miliarda jonów sodu jest potrzebnych do propagacji pojedynczego potencjału czynnościowego. Neurony będą musiały hydrolizować prawie miliard cząsteczek AT, aby przywrócić stężenie jonów sodu/potasu po każdej depolaryzacji komórki.synapsy pobudzające w dużej mierze dominują w istocie szarej mózgu. Cząsteczki zawierające glutaminian zostaną uwolnione do szczeliny synaptycznej w celu aktywacji postsynaptycznych receptorów glutaminergicznych. Ładowanie tych cząsteczek wymaga dużych ilości ATP, ponieważ w jednej cząsteczce znajduje się prawie cztery tysiące cząsteczek glutaminianu. Znaczne zapasy energii są niezbędne do zainicjowania uwolnienia pęcherzyka, napędzania postsynaptycznych procesów glutamatergicznych i recyklingu pęcherzyka oraz pozostałego glutaminianu. Dlatego, ze względu na duże ilości energii wymagane do pakowania glutaminianu, mitochondria znajdują się w bliskim sąsiedztwie pęcherzyków glutamatergicznych.
ATP w skurczu mięśnia
Skurcz mięśnia jest niezbędną funkcją życia codziennego i nie mógłby wystąpić bez ATP. Istnieją trzy podstawowe role, które ATP wykonuje w działaniu skurczu mięśni. Pierwsza z nich polega na wytwarzaniu siły w stosunku do przylegających filamentów aktynowych poprzez cykliczne tworzenie mostków miozynowych. Drugą jest pompowanie jonów wapnia z mioplazmy przez siateczkę sarkoplazmatyczną wbrew ich gradientowi stężeń za pomocą aktywnego transportu. Trzecią funkcją pełnioną przez ATP jest aktywny transport jonów sodu i potasu przez sarkolemmę, dzięki czemu jony wapnia mogą zostać uwolnione po otrzymaniu sygnału wejściowego. Hydroliza ATP napędza każdy z tych procesów.
.