Function
ATP hydrolysis fornece a energia necessária para muitos processos essenciais em organismos e células. Estes incluem a sinalização intracelular, síntese de DNA e RNA, sinalização purinérgica, sinalização sináptica, transporte ativo e contração muscular. Estes tópicos não são uma lista exaustiva mas incluem alguns dos papéis vitais que o ATP desempenha.
ATP em Sinalização Intracelular
Transdução de sinais depende muito do ATP. O ATP pode servir como um substrato para kinases, a proteína de ligação mais numerosa do ATP. Quando uma proteína cinase fosforilatos, uma cascata de sinalização pode ser ativada, levando à modulação de diversas vias de sinalização intracelular. A atividade da Kinase é vital para a célula e, portanto, deve ser rigorosamente regulada. A presença do íon de magnésio ajuda a regular a atividade da cinase. A regulação é feita através dos íons de magnésio existentes na célula como um complexo com ATP, ligados nos centros de oxigênio fosfato. Além da atividade cinase, o ATP pode funcionar como um gatilho ubíquo da liberação intracelular do mensageiro. Esses mensageiros incluem hormônios, enzimas variadas, mediadores lipídicos, neurotransmissores, óxido nítrico, fatores de crescimento e espécies reativas de oxigênio. Um exemplo de utilização do ATP na sinalização intracelular pode ser observado no ATP atuando como um substrato para adenilato ciclase. Este processo ocorre principalmente nas vias de sinalização do receptor acoplado à proteína G. Ao se ligar à adenilato ciclase, o ATP se converte em AMP cíclico, que auxilia na sinalização da liberação de cálcio das reservas intracelulares. O AMPc tem outros papéis, incluindo mensageiros secundários em cascatas de sinalização hormonal, ativação de proteínas kinases e regulação da função dos canais iônicos.
Síntese de DNA/RNA
Síntese de DNA e RNA requer ATP. O ATP é um dos quatro monômeros de nucleotídeos-trifosfato que é necessário durante a síntese do RNA. A síntese de DNA usa um mecanismo similar, exceto na síntese de DNA, o ATP primeiro se transforma removendo um átomo de oxigênio do açúcar para produzir desoxirribonucleotídeos, dATP.
Sinalização Purinérgica
Sinalização Purinérgica é uma forma de sinalização extracelular parácrina que é mediada por nucleotídeos purínicos, incluindo ATP. Este processo geralmente envolve a ativação de receptores purinérgicos sobre as células próximas, transduzindo assim sinais para regular os processos intracelulares. O ATP é liberado a partir de vesículas e é regulado por IP3, além de outros mecanismos reguladores exocitóticos comuns. O ATP é co-armazenado e co-liberado entre os neurotransmissores, apoiando ainda mais a noção de que o ATP é um mediador necessário da neurotransmissão purinérgica tanto nos nervos simpáticos como nos nervos parassimpáticos. O ATP pode induzir várias respostas purinérgicas, incluindo o controle das funções autonômicas, interações glia neural, dor e controle do tônus dos vasos.
Neurotransmissão
O cérebro é o maior consumidor de ATP no corpo, consumindo aproximadamente vinte e cinco por cento da energia total disponível. Uma grande quantidade de energia é gasta na manutenção de concentrações de íons para sinalização neuronal adequada, bem como na transmissão sináptica. A transmissão sináptica é um processo exigente de energia. No terminal pré-sináptico, o ATP é necessário para estabelecer gradientes de íons que transportam neurotransmissores em vesículas, e para preparar as vesículas para liberação através da exocitose.A sinalização neuronal depende do potencial de ação que atinge o terminal pré-sináptico, sinalizando a liberação das vesículas carregadas. Este processo depende do ATP restabelecendo a concentração de íons no axônio após cada potencial de ação, permitindo que outro sinal ocorra. O transporte ativo é responsável pelo restabelecimento das concentrações de íons sódio e potássio nos valores basais após a ocorrência de um potencial de ação através da ATPase de Na/K. Durante este processo, uma molécula de ATP é hidrolisada, três íons sódio são transportados para fora da célula e dois íons potássio são transportados de volta para a célula, ambos se movem contra seus gradientes de concentração. Após estabelecer os gradientes de íons, os potenciais de ação se propagam pelo axônio através da despolarização do axônio, enviando um sinal em direção ao terminal. Aproximadamente um bilhão de íons de sódio são necessários para propagar um único potencial de ação. Os neurônios precisarão hidrolisar quase um bilhão de moléculas de AT para restaurar a concentração de íons sódio/potássio após cada despolarização celular. Vesículas contendo glutamato serão liberadas na fenda sináptica para ativar os receptores glutaminérgicos excitatórios pós-sinápticos. O carregamento destas moléculas requer grandes quantidades de ATP devido a quase quatro mil moléculas de glutamato armazenadas em uma única vesícula. São necessários estoques significativos de energia para iniciar a liberação da vesícula, impulsionar os processos pós-sinápticos glutamátricos e reciclar a vesícula, bem como o glutamato remanescente. Portanto, devido à grande quantidade de energia necessária para a embalagem do glutamato, as mitocôndrias estão muito próximas das vesículas glutamátricas.
ATP em Contração Muscular
A contração muscular é uma função necessária da vida cotidiana e não poderia ocorrer sem ATP. Há três papéis primários que o ATP desempenha na ação da contração muscular. O primeiro é através da geração de força contra filamentos de actina adjacentes através do ciclismo das pontes transversais de miosina. O segundo é o bombeamento de íons de cálcio do mioplasma através do retículo sarcoplasmático contra seus gradientes de concentração usando transporte ativo. A terceira função realizada pelo ATP é o transporte ativo de íons sódio e potássio através do sarcolema para que os íons cálcio possam ser liberados quando a entrada é recebida. A hidrólise de ATP conduz cada um destes processos.