الجسم كائن حي معقد، وعلى هذا النحو، فإنه يحتاج إلى الطاقة للحفاظ على الأداء السليم، ويعتبر ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) مصدر الطاقة للاستخدام والتخزين على المستوى الخلوي، ويكون هيكل ATP عبارة عن ثلاثي فوسفات نيوكليوتيد، يتكون من قاعدة نيتروجينية (أدينين)، سكر ريبوز، وثلاث مجموعات فوسفات مترابطة بشكل متسلسل.
ثلاثي فوسفات الأدينوزين
يشار إلى ATP عادة باسم “عملة الطاقة” للخلية، لأنها توفر طاقة قابلة للإطلاق بسهولة في الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثانية والثالثة، وبالإضافة إلى توفير الطاقة، فإن انهيار ATP من خلال التحلل المائي يخدم مجموعة واسعة من وظائف الخلية، بما في ذلك الإشارات وتوليف الحمض النووي الريبي، ويستخدم تخليق ATP الطاقة التي يتم الحصول عليها من آليات تقويضية متعددة، بما في ذلك التنفس الخلوي وأكسدة بيتا والكيتوزية.
الأدوار الحيوية لثلاثي فوسفات الأدينوزين
ATP والإشارات داخل الخلايا
يعتمد نقل الإشارة بشكل كبير على ATP، ويمكن أن يعمل ATP كركيزة للكينازات، وهي البروتينات الأكثر ارتباطًا بـ ATP، وعندما يفسف بروتين كيناز، يمكن تنشيط سلسلة الإشارات، مما يؤدي إلى تعديل مسارات الإشارات المتنوعة داخل الخلايا.
ويعتبر نشاط كيناز أمرًا حيويًا للخلية، وبالتالي يجب تنظيمه بإحكام، ويساعد وجود أيون المغنيسيوم في تنظيم نشاط كيناز، ويتم التنظيم من خلال أيونات المغنيسيوم الموجودة في الخلية كمركب مع ATP، وترتبط بمراكز الأكسجين الفوسفاتي، وبالإضافة إلى نشاط كيناز، يمكن أن يعمل ATP كمحفز في كل مكان لإطلاق المرسل داخل الخلايا.
تشمل هذه النواقل الهرمونات والإنزيمات المختلفة ووسطاء الدهون والناقلات العصبية وأكسيد النيتريك وعوامل النمو وأنواع الأكسجين التفاعلية، ويمكن ملاحظة مثال لاستخدام ATP في الإشارات داخل الخلايا في ATP الذي يعمل كركيزة لـ(adenylate cyclase)، وتحدث هذه العملية في الغالب في مسارات إشارات مستقبلات البروتين المقترنة ببروتين G.
عند الارتباط بـ (adenylate cyclase)، يتحول ATP إلى دوري AMP، مما يساعد في الإشارة إلى إطلاق الكالسيوم من المخازن داخل الخلايا، يقوم cAMP بأدوار أخرى، بما في ذلك الرسل الثانوي في شلالات إشارات الهرمونات وتفعيل كينازات البروتين وتنظيم وظيفة القنوات الأيونية.
توليف الحمض النووي
يتطلب تخليق الحمض النووي والحمض النووي الريبي، ويكون ATP هو واحد من أربعة مونومرات نيوكليوتيد ثلاثي الفوسفات الضرورية أثناء تخليق الحمض النووي الريبي، ويستخدم تخليق الحمض النووي آلية مماثلة، باستثناء تخليق الحمض النووي، حيث يتحول ATP أولاً عن طريق إزالة ذرة الأكسجين من السكر لإنتاج ديوكسي ريبونوكليوتيد.
ATP كناقل عصبي
الدماغ هو أعلى مستهلك لـ ATP في الجسم، فهو يستهلك ما يقرب من خمسة وعشرين بالمائة من إجمالي الطاقة المتاحة، ويتم إنفاق كمية كبيرة من الطاقة على الحفاظ على تركيزات الأيونات من أجل إرسال الإشارات العصبية المناسبة ونقل التشابك العصبي.
ويعتبر النقل التشابكي عملية تتطلب الطاقة، وفي الطرف قبل المشبكي، يلزم ATP لإنشاء التدرجات الأيونية التي تنقل الناقلات العصبية إلى الحويصلات ولإطلاق الحويصلات من خلال طرد الخلايا، وتعتمد الإشارات العصبية على إمكانية العمل التي تصل إلى طرف ما قبل المشبكي، مما يشير إلى إطلاق الحويصلات المحملة.
تعتمد هذه العملية على استعادة ATP لتركيز الأيونات في المحور العصبي بعد كل جهد فعل، مما يسمح بحدوث إشارة أخرى، والنقل النشط مسؤول عن إعادة تركيزات أيونات الصوديوم والبوتاسيوم إلى قيم خط الأساس بعد حدوث جهد فعل من خلالNa/K (ATPase).
وخلال هذه العملية، يتم تحلل جزيء واحد من ATP، ويتم نقل ثلاثة أيونات الصوديوم خارج الخلية، ويتم نقل اثنين من أيونات البوتاسيوم مرة أخرى إلى الخلية، وكلاهما يتحرك عكس تدرجات تركيزهما.
ATP وتقلص العضلات
يعتبر تقلص العضلات وظيفة ضرورية في الحياة اليومية ولا يمكن أن يحدث بدون ATP، وهناك ثلاثة أدوار أساسية يؤديها ATP في تقلص العضلات، والأول هو من خلال توليد القوة ضد خيوط الأكتين المجاورة من خلال تدوير الجسور المتقاطعة للميوسين.
والثاني هو ضخ أيونات الكالسيوم من الميوبلازم عبر الشبكة الساركوبلازمية مقابل تدرجات تركيزها باستخدام النقل النشط، والوظيفة الثالثة التي يؤديها ATP هي النقل النشط لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم عبر غمد الليف العضلي، بحيث يمكن إطلاق أيونات الكالسيوم عند تلقي المدخلات، ويقود التحلل المائي لـ ATP كل من هذه العمليات.
