b"\n_START_ARTICLE_\nAdenozin trifosfat\n_START_SECTION_\nFizikalne in kemijske lastnosti\n_START_PARAGRAPH_\nATP je sestavljen iz adenozina (adeninski obro\xc4\x8d, povezan s sladkorjem ribozo) in treh fosfatnih skupin (trifosfat). Fosfatne skupine ozna\xc4\x8dujemo z alfa (\xce\xb1), beta (\xce\xb2) in gama (\xce\xb3) glede na njihovo oddaljenost od riboze, za\xc4\x8den\xc5\xa1i s fosfatno skupino alfa, ki je najbli\xc5\xbeje ribozi. ATP je dobro topen v vodi in dokaj stabilen v obmo\xc4\x8dju pH od 6,8 do 7,4, medtem ko pri ekstremnih vrednostih pH hitro pote\xc4\x8de hidroliza. ATP je tako najbolje shranjevati v obliki brezvodne soli. ATP v nepufrani vodi razpade na ADP in fosfat. To je posledica \xc5\xa1ibkej\xc5\xa1ih vezi med fosfatnimi skupinami znotraj molekule ATP v primerjavi z vodikovimi vezmi, ki se vzpostavijo med produkti hidrolize ATP (ADP + fosfat) in vodo. ATP in ADP sta v vodi v kemijskem ravnote\xc5\xbeju (ve\xc4\x8dina je v obliki ADP). Sistem, ki je oddaljen od ravnote\xc5\xbeja, vsebuje Gibbsovo prosto energijo in je sposoben opravljanja delo. Celice vzdr\xc5\xbeujejo razmerje ATP/ADP pribli\xc5\xbeno 10 velikostnih razredov stran od ravnote\xc5\xbeja, kar pomeni, da je koncentracija ATP za 1000-krat ve\xc4\x8dja od koncentracije ADP. Prav ta oddaljenost od ravnote\xc5\xbeja pomeni veliko sprostitev proste energije ob hidrolizi ATP. Za visoko energetsko vsebnost molekule ATP sta odgovorni dve visoko energetski vezi (fosfoanhidridni vezi), ki povezujeta fosfatne skupine. Energija, shranjena v teh vezeh, se sprosti po hidrolizi le-teh in celica jo uporabi za opravljanje dela. Vsak nestabilen sistem potencialno reaktivnih molekul bi bil lahko uporabljen za shranjevanje energije, \xc4\x8de bi celica ta sistem vzdr\xc5\xbeevala dale\xc4\x8d od ravnote\xc5\xbeja, toda kot v primeru drugih polimernih biomolekul, tudi razpad DNK, RNK in ATP v posamezne monomere, ni povezan samo s sprostitvijo energije, ampak tudi s pove\xc4\x8danjem entropije sistema v standardnih koncentracijah in koncentracijah, ki vladajo znotraj celice. Energijo, ki se sprosti pri hidrolizi molekule ATP, lahko izra\xc4\x8dunamo pri standardnih pogojih in jo nato pretvorimo v tisto pri fiziolo\xc5\xa1kih pogojih. Sprememba entalpije pri standardnih pogojih temperature in tlaka za razpad ATP do ADP in fosfata, je \xe2\x88\x9220,5 kJ/mol, s spremembo proste energije 3,4 kJ/mol. Energija, ki se sprosti pri hidrolizi ATP do ADP oz. AMP pri standardnih pogojih in konc. 1 M, pa je\xc2\xa0:_NEWLINE_ATP + H2O \xe2\x86\x92 ADP + Pi \xce\x94G\xcb\x9a = \xe2\x88\x9230,5 kJ/mol (\xe2\x88\x927,3 kcal/mol)_NEWLINE_ATP + H2O \xe2\x86\x92 AMP + PPi \xce\x94G\xcb\x9a = \xe2\x88\x9245,6 kJ/mol (\xe2\x88\x9210,9 kcal/mol)_NEWLINE__NEWLINE_Vedno bolj se v biokemiji uporablja\xc2\xa0\xc2\xbbsprememba energije\xc2\xab, ki je mnogo bolj reprezentativna. Ena\xc4\x8dba, po kateri jo izra\xc4\x8dunamo, vklju\xc4\x8duje vse tri oblike (ATP, ADP in AMP). Je indeks, ki opi\xc5\xa1e energijski status celice, ta pa vpliva na presnovo celice._NEWLINE_Vrednosti so lahko od 0 do 1. Vrednost 1 pomeni, da so inhibirane kataboli\xc4\x8dne poti (ne poteka sinteza ATP), medtem ko vrednost 0 pomeni, da so inhibirane anaboli\xc4\x8dne poti.\n_START_SECTION_\nIonizacija v biolo\xc5\xa1kih sistemih\n_START_PARAGRAPH_\nATP ima razli\xc4\x8dne ionizirajo\xc4\x8de skupine z razli\xc4\x8dnimi konstantami disociacije. V nevtralnem okolju je ATP ioniziran ,in sicer skoraj v celoti v obliki ATP\xe2\x81\xb4\xe2\x81\xbb, z manj\xc5\xa1im dele\xc5\xbeem ATP\xc2\xb3\xe2\x81\xbb. Glede na to, da ima v nevtralnem okolju ATP ve\xc4\x8d negativnih nabojev, lahko kelira razli\xc4\x8dne kovine z zelo visoko afiniteto. Konstanta vezave je za razli\xc4\x8dne ione razli\xc4\x8dno visoka (podano na mol): Mg\xc2\xb2\xe2\x81\xba (9554), Na\xe2\x81\xba (13), Ca\xc2\xb2\xe2\x81\xba (3722), K\xe2\x81\xba (8), Sr\xc2\xb2\xe2\x81\xba (1381) and Li\xe2\x81\xba (25). Konstanta vezave je najve\xc4\x8dja za magnezij, zato obstaja v celici ATP ve\xc4\x8dinoma v kompleksu z le-tem.\n_START_SECTION_\nBiosinteza\n_START_PARAGRAPH_\nKoncentracija ATP znotraj celice je obi\xc4\x8dajno 1-10 mM. ATP nastane v redoks reakcijah, kjer imamo kot vir energije enostavne ali sestavljene ogljikove hidrate ali lipide. Pri kompleksnej\xc5\xa1ih energijskih virih je potrebna razgradnja na enostavnej\xc5\xa1e molekule. Kompleksni ogljikovi hidrati morajo biti najprej hidrolizirani do enostavnih sladkorjev, medtem ko morajo biti lipidi (trigliceridi) najprej metabolizirani do ma\xc5\xa1\xc4\x8dobnih kislin in glicerola._NEWLINE_V procesu oksidacije glukoze do ogljikovega dioksida, ki ga imenujemo tudi celi\xc4\x8dno dihanje, lahko nastane okoli 30 molekul ATP iz ene same molekule glukoze. V celici ATP nastaja z razli\xc4\x8dnimi procesi. Tri glavne poti sinteze v evkariontskih organizmih so: glikoliza, cikel citratne kisline/oksidativna fosforilacija (oba sta del celi\xc4\x8dnega dihanja) in beta oksidacija. V celici ne-fotosinteznih aerobnih evkariontov poteka sinteza v mitohondrijih, ki lahko zavzemajo 25% volumna celotne celice.\n_START_SECTION_\nGlikoliza\n_START_PARAGRAPH_\nV procesu glikolize sta glukoza in glicerol metabolizirana do piruvata preko glikoliti\xc4\x8dne poti. V ve\xc4\x8dini organizmov poteka ta proces v citosolu. V nekaterih protozojih kot so na primer kinetoplastidi, poteka proces v specializiranih organelih, imenovanih glikosomi. Med glikolizo nastaneta v procesu fosforilacije, katerega katalizirata encima fosfogliceratna kinaza (PGK) in piruvat kinaza, dve molekuli ATP. Nastaneta tudi dve molekuli NADH, ki sta lahko nadalje oksidirani preko verige prenosa elektronov, v kateri nastane dodatna molekula ATP s sintazo ATP. Piruvat, ki je kon\xc4\x8dni produkt glikolize, vstopa nato v Krebsov cikel.\n_START_SECTION_\nGlukoza\n_START_PARAGRAPH_\nPiruvat, ki je produkt glikolize, se v mitohondrijih oksidira s kompleksom piruvat - dehidrogenazo do acetil - CoA. Ta je nato do konca oksidiran do ogljikovega dioksida v citratnem ciklu (znanem tudi kot Krebsov cikel). V vsakem\xc2\xa0\xc2\xbbciklu\xc2\xab\xc2\xa0citratnega cikla nastanejo: dve molekuli ogljikovega dioksida, ena molekula gvanozin trifosfata (GTP; je ekvivalent ATP), tri molekule reduciranega koencima NADH in ena molekula reduciranega koencima FADH2. Obe od zadnjih omenjenih molekul sta kasneje reciklirani do njunih oksidiranih oblik (NAD+ in FAD) preko verige prenosa elektronov, kjer nastane dodatna molekula ATP v procesu oksidativne fosforilacije. Oksidacija ene molekule NADH vodi do sinteze 2-3 molekul ATP, medtem ko oskidacija FADH2 vodi do nastanka 1-2 molekul ATP. Ve\xc4\x8dina celi\xc4\x8dnega ATP nastane v tem procesu. \xc4\x8cetudi citratni cikel ne potrebuje molekularnega O2 , je ta proces striktno aeroben, saj je O2 potreben za recikliranje reduciranih oblik NADH in FADH2 v njuni oksidirani obliki. V primeru pomanjkanja kisika zaradi pomanjkanja NAD+ in FAD citratni cikel ne bo potekal. V procesu oksidativne fosforilacije slu\xc5\xbei prenos elektronov iz NADH in FADH2 preko verige prenosa elektronov pre\xc4\x8drpavanju protonov iz mitohondrijskega matriksa v medmebranski prostor. V medmembranskem prostoru naraste koncentracija H+ glede na matriks. Prek notranje mitohondrijske membrane se ustvari protonski gradient, zaradi ve\xc4\x8djega \xc5\xa1tevila pozitivnih nabojev v medmembranskem prostoru pa nastane tudi elektrokemijski potencial. Tok protonov preko protonskega gradienta - to je iz medmembranskega prostora v matriks - sprosti energijo, ki se porabi za nastanek ATP s sintazo ATP. Sintaza ATP je sestavljena iz dveh podenot. Ena podenota je integralni protein in deluje kot kanal\xc4\x8dek, ki omogo\xc4\x8da prenos protonov, druga podenota pa je kataliti\xc4\x8dne narave in tu poteka proces fosforilacije ADP. Ve\xc4\x8dina ATP, ki je sintetiziran v mitohondriju, se uporabi za celi\xc4\x8dne procese v citosolu, zato mora biti prene\xc5\xa1en iz mesta sinteze na mesto uporabe. Notranja membrana mitohondrija vsebuje translokazo ADP/ATP, to je integralni membranski protein, ki prenese na novo sintetiziran ATP iz matriksa v citoplazmo, medtem ko gre ADP v obratni smeri. Gonilna sila translokaze je membranski potencial. Neto proces je: ADP3-citoplazma + ATP4-matriks \xe2\x86\x92 ADP3-matriks + ATP4-citoplazma\n_START_SECTION_\nOksidacija beta\n_START_PARAGRAPH_\nMa\xc5\xa1\xc4\x8dobne kisline se v procesu oksidacije beta razgradijo do acetilkoencima A. Vsak cikel skraj\xc5\xa1a acilno verigo za dva ogljikova atoma in proizvede eno molekulo NADH in eno molekulo FADH2, ki se uporabita za sintezo ATP v procesu oksidativne fosforilacije. Ker imajo ma\xc5\xa1\xc4\x8dobne kisline lahko zelo dolge verige, nastane v tem procesu zelo veliko molekul ATP. To je tudi razlog, zakaj imajo ma\xc5\xa1\xc4\x8dobe v hrani veliko energijsko gostoto.\n_START_SECTION_\nAnaerobno dihanje oz. fermentacija\n_START_PARAGRAPH_\nFermentacija je proces pridobivanja energije iz ogljikovih hidratov in drugih organskih substratov brez uporabe kisika kot akceptorja elektronov. V ve\xc4\x8dini evkariontov nastopa glukoza kot zaloga energije in kot donor elektronov. Reakcija, ki ponazarja oksidacijo glukoze do mle\xc4\x8dne kisline je:_NEWLINE_C6H12O6 -> 2CH3CH(OH)COOH + 2 ATP_NEWLINE_V prokariontih so lahko v procesu fermentacije uporabljeni razli\xc4\x8dni akceptorji elektronov. Med te uvr\xc5\xa1\xc4\x8damo nitrate, sulfate in ogljikov dioksid. Ti procesi vodijo do ekolo\xc5\xa1ko pomembnih procesov denitrifikacije, redukcije sulfatov in acetogeneze.\n_START_SECTION_\nObnova ATP z nukleoziddifosfat-kinazami\n_START_PARAGRAPH_\nATP lahko nastane preko obnovitvenih reakcij, ki jih katalizirata dru\xc5\xbeini encimov nukleoziddifosfat-kinaz in ATP-gvanido-fosfotranseraz. Prvi uporabljajo druge nukleozidtrifosfate kot visokoenergijske donorje fosfatov.\n_START_SECTION_\nProizvodnja ATP s fotosintezo\n_START_PARAGRAPH_\nV rastlinah poteka sinteza ATP v tilakoidnih membranah kloroplastov s fotofosforilacijo (del fotosinteze, ki je odvisen od svetlobe). Za pre\xc4\x8drpavanje protonov preko membrane kloroplastov je tu potrebna svetlobna energija. To ustvari protonski gradient, ki je gonilna sila sintaze ATP tako kot v procesu oksidativne fosforilacije. Nekaj ATP, proizvedenega v kloroplastih, se porabi v Kalvinovem ciklu, kjer se sintetizirajo sladkorji trioze.\n_START_SECTION_\nObnova ATP\n_START_PARAGRAPH_\nCelotna koli\xc4\x8dina ATP v telesu je 0.2 mola. Ve\xc4\x8dina ATP ni sintetiziranega de novo (na novo), ampak je generiranega iz ADP v \xc5\xbee prej omenjenih procesih. Tako je koli\xc4\x8dina ATP+ADP konstantna._NEWLINE_Da zadostimo potrebam \xc4\x8dlove\xc5\xa1kih celic, potrebujemo hidrolizo 100 -150 molov ATP dnevno, kar je pribli\xc5\xbeno 50 -75 kg. V povpre\xc4\x8dju torej porabi \xc4\x8dlovek za svojo lastno te\xc5\xbeo ATP dnevno. To pomeni, da je vsaka molekula ATP dnevno obnovljena 1000 do 1500 krat.\n_START_SECTION_\nMetabolizem, sinteza in aktivni transport\n_START_PARAGRAPH_\nATP se v celici porablja za procese, ki zahtevajo energijo (endotermni procesi) in nastaja v procesih, ki spro\xc5\xa1\xc4\x8dajo energijo (eksotermni procesi). Tako omogo\xc4\x8da prenos energije v prostorsko lo\xc4\x8denih metabolnih reakcijah. ATP je glavni vir energije za ve\xc4\x8dino celi\xc4\x8dnih procesov vklju\xc4\x8dujo\xc4\x8d sintezo makromolekul (DNA in RNA in proteinov). ATP ima tudi veliko vlogo v transportu makromolekul preko celi\xc4\x8dne membrane s procesi eksocitoze in endocitoze.\n_START_SECTION_\nVloga vzdr\xc5\xbeevanja celi\xc4\x8dne strukture in gibanja\n_START_PARAGRAPH_\nATP omogo\xc4\x8da sestavljanje in razstavljanje elementov citoskeleta. V povezanem procesu je ATP potreben za drsenje filamentov aktina in miozina pri kr\xc4\x8denju skr\xc4\x8ditev mi\xc5\xa1ic (teorija drse\xc4\x8dih filamentov). Ta proces je eden glavnih porabnikov energije pri \xc5\xbeivalih.\n_START_SECTION_\nZunajceli\xc4\x8dna komunikacija\n_START_PARAGRAPH_\nATP ima tudi vlogo signalne molekule. ATP, ADP in adenozin prepoznajo purinergi\xc4\x8dni receptorji (tudi purinoreceptorji). Ti bi lahko bili najbolj \xc5\xa1tevil\xc4\x8dni receptorji v tkivih sesalcev (Abbracchio M.P. et al., 2008)._NEWLINE_Pri \xc4\x8dloveku je vloga signalne molekule pomembna tako v centralnem kot v perifernem \xc5\xbeiv\xc4\x8devju. Od aktivnosti odvisno spro\xc5\xa1\xc4\x8danje ATP iz sinaps, aksonov in glia celic aktivira purinergi\xc4\x8dne membranske receptorje P2. Receptorji P2Y so metabotropni (sklopljeni s proteinom G) in regulirajo predvsem nivoje znotrajceli\xc4\x8dnega kalcija in v\xc4\x8dasih cAMP. Poznamo 15 receptorjev, 9 od teh je bilo kloniranih, nekateri imajo le rahlo homologijo, 4 od teh pa ne slu\xc5\xbeijo kot receptorji za zvi\xc5\xa1anje nivojev citosolnega kalcija. Ionotropni receptorji P2X (7 \xc4\x8dlanov) so od ligandov odvisni kalcijevi ionski kanali. Ti se odprejo, ko se nanje ve\xc5\xbee izvenceli\xc4\x8dni purinski nukleotid. V nasprotju z receptorji P2 (agonizem pada - ATP > ADP > AMP >ADO(adenozin)), purinergi\xc4\x8dni nukleotidi niso mo\xc4\x8dni agonisti receptorjev P1. Receptorji P1 imajo podtipe A1, A2a, A2b in A3 (A je ostalo od stare nomenklature, kot adenozinski receptor) in vsi so sklopljeni s proteinom G. Pri vseh adenozinskih receptorjih opazimo aktivacijo najmanj ene poddru\xc5\xbeine mitogen - aktiviranih proteinskih kinaz. U\xc4\x8dinek adenozina je lahko antagonisti\xc4\x8den ali sinergisti\xc4\x8den u\xc4\x8dinku ATP. V centralno \xc5\xbeiv\xc4\x8dnem sistemu ima adenozin razli\xc4\x8dne funkcije, kot je npr. regulacija in razvoj nevronov, nevronsko in glia signaliziranje ter nadzor prirojenega in pridobljenega imunskega sistema. (Abbracchio M.P. et al., 2008)\n_START_SECTION_\nZnotrajceli\xc4\x8dna komunikacija\n_START_PARAGRAPH_\nATP je nujen za prenos signala. Uporabljajo ga encimi kinaze kot vir fosfatnih skupin v procesu fosforilacije. Fosforilacija proteina s strani kinaz aktivira kaskado reakcij, ki spro\xc5\xbeijo nadaljnje procese. ATP uporablja tudi encim adenilatna ciklaza, ki ga pretvori v sekundarni obve\xc5\xa1\xc4\x8devalec cAMP. cAMP je udele\xc5\xbeen v spro\xc5\xa1\xc4\x8danju kalcija iz znotrajceli\xc4\x8dnih zalog. Ta na\xc4\x8din prenosa signalov je \xc5\xa1e posebej pomemben v mo\xc5\xbeganih, \xc4\x8deprav je prisoten tudi v kopici drugih celi\xc4\x8dnih procesov.\n_START_SECTION_\nSinteza DNA in RNA\n_START_PARAGRAPH_\nV vseh znanih organizmih so deoksiribonukleotidi, ki so sestavni del DNA, sintetizirani z ribonukleotidnimi reduktazami (RNR) iz ustreznih ribonukleotidov. Ti encimi reducirajo sladkorni del ribozo do deoksiriboze, tako da odstranijo kisik iz hidroksilne skupine na drugem mestu sladkorja riboze; substrati so ribonukleozid difosfati, medtem ko so produkti deoksiribonukleozid difosfati (ozna\xc4\x8dujemo jih kot dADP, dCDP, dGDP, in dUDP). Vse ribonukleotidne reduktaze uporabljajo mehanizem sulfhidrilnega radikala, temelje\xc4\x8dega na reaktivnem cisteinskem ostanku, ki ob oksidaciji omogo\xc4\x8di nastanek disulfidne vezi. Ti encimi se regenerirajo s tioredoksinom ali glutaredoksimom. Regulacija RNR in povezanih encimov vzdr\xc5\xbeuje ravnote\xc5\xbeje med dNTP in NTP v celici. Nizke koncentracije dNTP inhibirajo sintezo in popravljanje DNA, kar je smrtno za celico. Nasprotno je prevelika koncentracija dNTP mutagena, saj pove\xc4\x8da mo\xc5\xbenost da encim polimeraza DNA vgradi napa\xc4\x8dni dNTP tekom sinteze. Regulacija oz. razli\xc4\x8dna specifi\xc4\x8dnost RNR bi lahko nastopala kot mehanizem za spremembe znotrajceli\xc4\x8dnih zalog dNTP pod stresnimi pogoji. V sintezi RNA je ATP eden od 4 nukleotidov, ki se direktno vgrajujejo v molekulo RNA s polimerazo RNA. Energija za proces prihaja iz odstranitve pirofosfata. Proces je podoben pri biosintezi DNA, kjer je ATP reduciran do deoksiribonukleotida, preden je vgrajen v nukleinsko kislino.\n_START_SECTION_\nVezava na proteine\n_START_PARAGRAPH_\nNajpogostej\xc5\xa1i proteini, ki ve\xc5\xbeejo ATP, so encimi kinaze. Ta velika dru\xc5\xbeina encimov je specializirana za vezavo ATP in prenos fosfatne skupine. Za vezavo je odgovorno t. i. Rossmann-ovo zvitje, ki lahko ve\xc5\xbee tudi koencim NAD. Za nastanek kompleksa ATP s proteini je potrebna prisotnost dvovalentnega kationa. V ve\xc4\x8dini primerov je to magnezij, ki se ve\xc5\xbee na fosfatne skupine ATP. Prisotnost magnezija zmanj\xc5\xa1a Kd ATP za vezavo na protein, ne da bi to vplivalo na sposobnost encima za katalizo reakcije, ko je ATP vezan. Prisotnost magnezija je lahko tudi mehanizem za regulacijo kinazne aktivnosti.\n_START_SECTION_\nAnalogi ATP\n_START_PARAGRAPH_\nV biokemiji se od ATP-odvisne procese raziskuje in vitro. Z inhibicijo encimov, kot so kinaze, raziskujemo vezavna mesta in prehodna stanja. Analogi ATP se uporabljajo tudi v kristalografiji, za dolo\xc4\x8danje strukture proteinov v kompleksu z ATP. Ve\xc4\x8dina analogov ATP ne hidrolizira tako kot ATP; namesto tega se\xc2\xa0\xc2\xbbujamejo\xc2\xab\xc2\xa0v vezavno mesto encima v tak polo\xc5\xbeaj kot se ATP, brez da bi se pri tem hidrolizirali. Adenozin 5'-(gama-tiotrifosfat) je zelo pogost analog ATP, kjer je eden od gama fosfatnih kisikov zamenjan z \xc5\xbeveplovim atomom. Molekula, ki pri tem nastane, hidrolizira veliko po\xc4\x8dasneje kot ATP in tako deluje kot inhibitor od ATP-odvisnih procesov. V kristalografskih raziskavah so prehodna stanja hidrolize modelirana z vezanim vanadijevim ionom. Vseeno pa je potrebna previdnost v interpretiranju rezultatov poskusov, kjer uporabljamo analoge ATP."