أدينوسين ثلاثي الفوسفات
الأدينوزين ثلاثيُّ الفوسفات Adenosine triphosphate () نكليوتيد تختزن فيه الطاقة (حرارة) على شكل رابطة غنية بالطاقة بين مجموعة فوسفات غير عضوي ومركب أدينوسين ثنائي الفوسفات ADP.
ويتكون مركب ATP عن طريق تفاعل ADP (أدينوسين ثنائي الفوسفات ) مع جزيء الفوسفات P في وجود طاقة عالية ناتجة عن الطاقة التي اكتسبتها الإلكترونات بعد الإثارة، طبقا للتفاعل:
يتألف ATP من القاعدة النيتروجينية أدينين، وسكر الريبوز، وثلاث مجموعات فوسفات . تحتوي الروابط بين مجموعات الفوسفات علي طاقة كيميائية مختزنة بكميات كبيرة التي يمثلها الرمز ~ . ويمكن لهذه الطاقة أن تنطلق عند تحطم إحدى روابط الفوسفات. فعند تحطم الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثانية والثالثة، تتحرر طاقة مقدارها 12000 كالوري أو 7.3 كيلو سعرة/ مول تحت الظروف القياسية وذلك أكبر بكثير من الطاقة المخزونة في الرابطة الكيميائية الاعتيادية للمركبات العضوية الأخرى؛ ولذلك أعطيت المصطلح الرابطة العالية الطاقة high energy bond ، وينتج مركب الأدينوسين ثنائي الفوسفات. وقد تتحطم الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثانية والأولي لينتج مركب . ويتم تخليق ATP في الميتوكوندريات عن طريق أكسدة الجلوكوز فتنطلق الطاقة المختزنة في الروابط الكيميائية الموجودة فيه لتخزن في مركبات ATP ، حيث تكون هذه الرابطة الفوسفاتية عالية التقلقل highly labile أيضاً بحيث أنها يمكن أن تنشطر آنياً كلما دعت الحاجة إلى طاقة تحفز التفاعلات الخلوية الأخرى .
عندما يُطلق أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP طاقته فإنه ينفصل بعيداً عن جذر حمض الفسفوريك ويتكون عند ذاك أدينوسين ثنائي الفوسفات ADP . وتسبب الطاقة المستحصلة من التغذيات بعد ذلك إعادة اتحاد الـ ADP مع حمض الفسفوريك لتوليد ATP جديد . وتستمر العملية بعد هذا مرات ومرات . ولهذه الأسباب يسمى الـ ATP باسم عملة الطاقة energy currency للخلية لأنه من الممكن صرفه وإعادة تكوينه مرة بعد أخرى . ولا تطول دورته في العادة لوقت إجمالي أكثر من بضع دقائق فقط .
ويعد (ATP) من الجزيئات الناقلة الأكثر انتشاراً في خلايا جميع المخلوقات الحية.
يستعمل الـ ATP في ثلاث مجموعات رئيسية من الوظائف الخلوية وهي:
وهذه الاستعمالات المختلفة الثلاثة هامة لكل من:
وبالإضافة إلى كون طاقة الـ ATP ضرورية للغشاء الخلوي عند نقله الصوديوم فهي ضرورية أيضاً بصورة مباشرة أو غير مباشرة لنقل أيونات البوتاسيوم وأيونات الكالسيوم وأيونات الفوسفات وأيونات الكلوريد واليورات وأيونات الهيدروجين والعديد والأيونات والمواد الأخرى أيضاً . والنقل عبر غشاء الخلية مهم جداً لوظائف الخلية لدرجة أن البعض منها مثل خلايا النبيبات الكلوية تستخدم حوالي 80 % من الـ ATP الذي يتم توليده فيها لهذا الغرض وحده .
وبالإضافة لتكوين الخلايا للبروتينات فإنها تقوم أيضاً بتوليد الشحوم الفسفورية والكوليستيرول والبيروينات purines والبيريميدينات ومجموعة أخرى من المواد. ويحتاج تكوين أي مركب كيميائي تقريباً إلى طاقة؛ فمثلاً يمكن أن يكون جزيء بروتين واحد مركباً من عدة آلاف من الأحماض الأمينية ملتصقة ببعضها البعض بارتباطات ببتيدية . ويحتاج تكوين كل واحد من هذه الارتباطات إلى تحليل ثلاثة ارتباطات عالية الطاقة. ولذلك لا بد من إطلاق عدة آلاف من جزيئات الـ ATP أو من جزيئات ثلاثي فوسفات الجوانوزين GTP المقارن لتطلق طاقاتها لكي تولد أحد جزيئات البروتين .
وفي الواقع تستعمل بعض الخلايا 75 % تقريباً ندمن كل الـ ATP الذي يتكون فيها لتركيب المركبات الكيميائية الجديدة فيها . ويصدق هذا بصورة خاصة أثناء مرحلة نمو الخلايا .
والاستعمال الرئيسي الأخير للـ ATP هو تجهيز الطاقة لبعض الخلايا لتوليد عمل آلي؛ حيث يحتاج تقلض الليف العضلي إلى استهلاك كميت كبيرة من الـ ATP. وتقوم بعض الخلايا الأخرى بأعمال آلية بطرق خاصة أخرى كالحركات الهدبية والأميبية؛ ومصدر الطاقة لكل هذه الأنواع من الأعمال الآلية هو الـ ATP .
وباختصار :
مثال على استعماله
الحشرة المسماة سراج الحصادين تحول طاقة ATP إلى طاقة ضوئية، وتسمى هذه الظاهرة بالإضاءة الحيوية.
يتعرض الجلوكوز عند دخوله إلى الخلايا للإنزيمات الموجودة في السيتوبلازم التي تحوله إلى حمض البيروفيك، وتسمى هذه العملية باسم الانحلال السكري glycolysis. وتتحول كمية صغيرة من الـ ADP إلى ATP بواسطة الطاقة التي تحرر أثناء هذا التحول ولكن هذه الكمية لا تمثل إلا 5% من مجموع استقلاب الطاقة في الخلية. والمعلوم أن القسم الأكبر من ATP الخلية يتكون في الميتوكوندريا، وتحول كل الأحماض البيروفية وبعض الأحماض الدهنية ومعظم الأحماض الأمينية إلى المركب تميم الإنزيم A في العصارة الخلوية وفي الميتوكوندريا.
وتعمل على هذه المادة سلسلة من الإنزيمات فتتحلل بعمليات كيميائية متتالية تسمى دورة حمض الستريك أو دورة كريبس Krib's cycle.
وينشطر في دورة حمض الستريك تميم إنزيم A إلى مكوناته الأساسية وهي ذرات الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، وينتشر ثاني أكسيد الكربون بدوره إلى خارج الميتوكوندريا وأخيراً إلى خارج الخلية .
ومن الناحية الأخرى فإن أيونات الهيدروجين تكون فعالة جداً وتتحد في النهاية مع الأكسجين الذي ينتشر إلى الميتوكوندريا من سيتوبلازم الخلية، ويُحرر ذلك التفاعل كمية كبيرة من الـطاقة التي تستعملها الميتوكوندريا لتحويل كميات كبيرة من الـ ADP إلى الـ ATP، وتحتاج إلى مشاركة أعداد كبيرة من الإنزيمات التي تكوّن أقساماً متكاملة من الرفوف الغشائية للميتوكوندريا التي تبرز إلى العصارة الخلوية .
وأولى التفاعلات التي تتم هي إزالة إلكترون ذرة الهيدروجين فيتحول بذلك إلى أيون هيدروجين (بروتون).
والتفاعل التالي هو حركة هذه الأيونات خلال بروتينات كروية تسمى سنتاز الـ ATP التي تبرز مثل الأزرار خلال أغشية رفوف الميتوكوندريا . وسنتاز الـ ATP هو إنزيم يستعمل الطاقة المولدة من حركة البروتونات (أيونات الهيدروجين) لتحوّل ADP إلى ATP، بينما تتحد في نفس الوقت مع الأكسجين لتولد الماء . وأخيراً ينقل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP المكون حديثاً إلى خارج الميتوكوندريا حيث ينتشر في كل السيتوبلازم وإلى جبلة النواة، بينما تخزن طاقته لتستعمل في مختلف وظائف الخلية .
تسمى هذه العملية الشاملة لتكوين الـ ATP باسم الآلية الكيميائية التناضحية لتكوين الـ ATP .
والخلاصة: تتوفر جزيئات أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP دائماً وتطلق طاقاته بسرعة عندما تحتاجه الخلية. وللتعويض عن الـ ATP الذي يستهلك في الخلية تحلل العمليات الكيميائية البطيئة السكريات والدهون والبروتينات وتستعمل الطاقة المولدة من ذلك لتكوين ATP جديد. ويتكون حوالي 95 % تقريباً من هذا الـ ATP في متقدرات (ميتوكوندريا) الخلايا مما يعلل تسمية المتقدرات بـ محطات توليد الطاقة للخلية .
لهذا فليس من الغريب أن تتواجد المتقدرات بأعداد كبيرة في الخلايا العضلية. كما أن المتقدرات يمكنها الانقسام وتوليد متقدرات أخرى؛ ذلك لأن المتقدرة تمتك دنا خاص بها، يسمى دنا متقدرة.