Function
ATP-hydrolys ger den energi som behövs för många viktiga processer i organismer och celler. Dessa inkluderar intracellulär signalering, DNA- och RNA-syntes, purinerga signaler, synaptisk signalering, aktiv transport och muskelkontraktion. Dessa ämnen är inte en uttömmande lista utan omfattar några av de viktiga roller som ATP utför.
ATP i intracellulär signalering
Signalöverföring är starkt beroende av ATP. ATP kan tjäna som substrat för kinaser, det mest talrika ATP-bindande proteinet. När ett kinas fosforylerar ett protein kan en signalkaskad aktiveras, vilket leder till modulering av olika intracellulära signalvägar. Kinasaktiviteten är livsviktig för cellen och måste därför regleras noggrant. Närvaron av magnesiumjonen bidrar till att reglera kinasaktiviteten. Regleringen sker genom att magnesiumjoner finns i cellen som ett komplex med ATP, bundet vid fosfatets syrecentra. Förutom kinasaktivitet kan ATP fungera som en allestädes närvarande utlösare av intracellulära budbärare. Dessa budbärare omfattar hormoner, olika enzymer, lipidmediatorer, neurotransmittorer, kväveoxid, tillväxtfaktorer och reaktiva syrearter. Ett exempel på ATP-användning vid intracellulär signalering kan observeras genom att ATP fungerar som substrat för adenylatcyklas. Denna process sker främst i G-proteinkopplade receptorsignalvägar. Vid bindning till adenylatcyklas omvandlas ATP till cykliskt AMP, vilket bidrar till att signalera frisättning av kalcium från intracellulära lager. CAMP har andra roller, bland annat som sekundära budbärare i hormonsignalkaskader, aktivering av proteinkinaser och reglering av jonkanalernas funktion.
DNA/RNA-syntes
DNA- och RNA-syntesen kräver ATP. ATP är en av fyra nukleotidtrifosfatmonomerer som behövs under RNA-syntesen. DNA-syntesen använder en liknande mekanism, förutom att vid DNA-syntesen omvandlas ATP först genom att ta bort en syreatom från sockret för att ge desoxyribonukleotid, dATP.
Purinerga signaler
Purinerga signaler är en form av extracellulär parakrin signalering som medieras av purinnukleotider, inklusive ATP. Denna process innebär vanligen en aktivering av purinerga receptorer på celler i närheten, varigenom signaler överförs för att reglera intracellulära processer. ATP frigörs från vesikulära lager och regleras av IP3, utöver andra vanliga exocytotiska regleringsmekanismer. ATP lagras och frisätts tillsammans med neurotransmittorer, vilket ytterligare stöder uppfattningen att ATP är en nödvändig mediator för purinerga neurotransmissioner i både sympatiska och parasympatiska nerver. ATP kan framkalla flera purinerga reaktioner, bl.a. kontroll av autonoma funktioner, interaktioner mellan neuroglia, smärta och kontroll av kärltonus.
Neurotransmission
Hjärnan är den största förbrukaren av ATP i kroppen och förbrukar cirka tjugofem procent av den totala tillgängliga energin. En stor mängd energi går åt till att upprätthålla jonkoncentrationer för korrekt neuronal signalering samt till synaptisk överföring. Synaptisk överföring är en energikrävande process. Vid den presynaptiska terminalen krävs ATP för att skapa jongradienter som transporterar neurotransmittorer till vesiklar och för att förbereda vesiklarna för frisättning genom exocytos.Neuronal signalering är beroende av att aktionspotentialen når den presynaptiska terminalen och signalerar frisättning av de laddade vesiklarna. Denna process är beroende av att ATP återställer jonkoncentrationen i axonet efter varje aktionspotential, så att en ny signal kan uppstå. Aktiv transport är ansvarig för att natrium- och kaliumjonkoncentrationerna återställs till basvärden efter en aktionspotential genom Na/K ATPas. Under denna process hydrolyseras en ATP-molekyl, tre natriumjoner transporteras ut ur cellen och två kaliumjoner transporteras tillbaka in i cellen, som båda rör sig mot sina koncentrationsgradienter. aktionspotentialer som färdas nedåt i axonet initierar vesikulär frisättning när de når den presynaptiska terminalen. Efter att ha etablerat jongradienterna fortplantar sig aktionspotentialerna sedan nedåt i axonet genom depolarisering av axonet och sänder en signal mot terminalen. Ungefär en miljard natriumjoner är nödvändiga för att sprida en enda aktionspotential. Neuronerna måste hydrolysa nästan en miljard molekyler AT för att återställa koncentrationen av natrium/kaliumjoner efter varje celldepolarisering. excitatoriska synapser dominerar till stor del den grå substansen i hjärnan. Vesiklar som innehåller glutamat kommer att frigöras i den synaptiska klyftan för att aktivera postsynaptiska excitatoriska glutaminerga receptorer. För att ladda dessa molekyler krävs stora mängder ATP på grund av att nästan fyra tusen molekyler glutamat lagras i en enda vesikel. Betydande energilager är nödvändiga för att initiera frisättningen av vesikeln, driva de glutamaterga postsynaptiska processerna och återvinna vesikeln samt det överblivna glutamatet. På grund av de stora energimängder som krävs för glutamatpackning finns därför mitokondrier i nära anslutning till glutamatergiska vesiklar.
ATP i muskelkontraktion
Muskelkontraktion är en nödvändig funktion i vardagen och skulle inte kunna ske utan ATP. Det finns tre primära roller som ATP utför i muskelkontraktionens verkan. Den första är genom generering av kraft mot angränsande aktinfilament genom cykling av myosinkorsbryggor. Den andra är pumpningen av kalciumjoner från myoplasman genom det sarkoplasmatiska retikulumet mot deras koncentrationsgradienter med hjälp av aktiv transport. Den tredje funktionen som utförs av ATP är den aktiva transporten av natrium- och kaliumjoner genom sarkolemma så att kalciumjoner kan frigöras när inflödet tas emot. Hydrolysen av ATP driver var och en av dessa processer.