تعريف مركب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات
مركب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات أو Adenosine 5′-triphosphate يرمز له ATP. يعرف بأنه أهم المركبات الناقلة للطاقة في الخلايا على الإطلاق، فهو العملة التي تستبدلها مكونات الخلية لإجراء التفاعلات التي تحتاج إلى الطاقة.
هذا المركب هو الناتج النهائي للفسفرة الضوئية -عملية إضافة مجموعة فوسفات إلى مركب معين باستخدام الطاقة الضوئية- وللتنفس الخلوي وللتخمر. تستخدم جميع الكائنات الحية مركب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات.
بالإضافة إلى كونه مصدرًا للطاقة، فهو يعمل كمركب ناقل للإشارة في سبل التواصل بين عضيات الخلية وكمركب بنيوي فهو يدخل في تركيب الحمض الريبي النووي منزوع الأوكسجين DNA.
وفقًا لسوزانا تورنروث هورسفيلد وريتشارد نيوتزي من جامعة جوتنبرج: «كل يوم، أنت تحوِّل بعض ما في جسمك من وزن إلى كمية من ATP، إنه عملة الخلية الأساسية لتبادل الطاقة».
اكتشاف الأدينوسين ثلاثي الفوسفات
في عام 1929 اكتشفت مجموعتان من الباحثين الأدينوسين ثلاثي الفوسفات في دراستين منفصلتين.
المجموعة الأولى بقيادة سايروس فيسك ويلابراغادا سوبارو من كلية الطب بجامعة هارفارد في بوسطن. عزلت المجموعة المركب من خلايا العضلات والكبد عند الثدييات. وعلى غرار ذلك، عزلت المجموعة الثانية بقيادة كارل لومان من معهد القيصر فيلهلم في ألمانيا المركب من الأنسجة العضلية.
وفي غضون السنوات الخمس عشرة اللاحقة، عزله باحثون آخرون من مصادر حيوية أخرى. وفي عام 1987 لخص كوزكاك ماريوياما من جامعة تشيبا في اليابان جميع الأمور المهمة عما توصل إليه الباحثون عن الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ضمن مراجعة مفصلة ومفهومة.
بنية الأدينوسين ثلاثي الفوسفات
هذا مخطط يعرض بنية الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، نرى أنه يتألف من الأدينوسين -وهو الأدنين المرتبط بسكر الريبوز- وثلاث مجموعات من الفوسفات.
وبالتفصيل، لدينا منظومة الأدنين ذات الحلقتين، حلقة الفورانوز السكرية الخماسية، وسلسلة من ثلاث مجموعات فوسفات. الأدينوسين ثلاثي الفوسفات منحل بالماء ويحتوي على كمية كبيرة من الطاقة لامتلاكه رابطتين فوسفاتيتين تشكلتا بنزع الماء من المجموعات الفوسفاتية الثلاثة.
وظائف الأدينوسين ثلاثي الفوسفات
للأدينوسين ثلاثي الفوسفات أهمية عالية ولا يمكن الاستغناء عنه ضمن الخلية، فهو يدخل في كل عمليات نقل الطاقة، ويعمل مساعدًا لإنزيمات مهمة، مثل الإنزيم النازع للفوسفات الثلاثية من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، أو ما يسمى ATP triphosphatase، الذي ينقل الطاقة الموجودة في الرابطة الفوسفاتية إلى الوسط الخلوية مقدمًا طاقةً كافيةً لبدء تفاعلاتٍ معينة. وله دور أساسي في تقلص العضلات ونقل النبضات العصبية واصطناع البروتينات.
ناقل للطاقة
يعد الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ناقل الطاقة الأساسي في الخلية، ويستخدم لجميع العمليات الخلوية. عندما تُجرى عملية التحلل المائي على الأدينوسين ثلاثي الفوسفات فإنه يتحول إلى الأدينوسين ثنائي الفوسفات وتنتج عن هذا التحول كمية من الطاقة.
إزالة مجموعة فوسفات واحدة من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات تؤدي لإطلاق 7.3 كيلو كالوري للمول الواحد، أي ما يعادل 30.6 كيلو جول للمول الواحد، في الشروط القياسية. هذه الكمية من الطاقة تكفي لإطلاق أي تفاعل ماص للطاقة داخل الخلية. بعد أن ينتج لدينا الأدينوسين ثنائي الفوسفات، يُحوَّل من جديد إلى الأدينوسين ثلاثي الفوسفات بتفاعلات أخرى، فيكمل الأخير وظيفته كناقل للطاقة.
توجد عدة طرق لإنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، الأولى هي الفسفرة الضوئية وهي أسلوب النباتات وبعض أنواع الجراثيم. يحدث فيها إنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات انطلاقًا من الأدينوسين ثنائي الفوسفات باستخدام ضوء الشمس مصدرًا للطاقة، وتحدث في أثناء التركيب الضوئي.
الطريقة الثانية هي إنتاجه بعملية التنفس الخلوي التي تحدث في الميتوكوندريا داخل الخلية. يقسم التنفس الخلوي إلى: التنفس الهوائي الذي يحتاج إلى الأكسجين، والتنفس اللاهوائي الذي لا يحتاج إليه. تحتاج عملية التنفس الخلوي الهوائي إلى سكر الغلوكوز والأكسجين، وينتج عنها الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ويطرح الماء وثاني أكسيد الكربون. أما التنفس الخلوي اللاهوائي فهو ما تتخذه الجراثيم اللاهوائية التي تعيش في البيئات غير الحاوية على الأكسجين، فتستعيض عنه بمواد أخرى.
الطريقة الثالثة هي التخمر وهي لا تحتاج إلى الأكسجين، وتختلف عن التنفس الخلوي اللاهوائي بأنها لا تتضمن إنتاج مركبات تدخل في سلسلة نقل الإلكترون، كما هو الحال في التنفس الخلوي. تستخدم الجراثيم والخمائر الفطرية التخمير لتنتج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات.
نقل الإشارة
يوصف الأدينوسين ثلاثي الفوسفات بأنه مركب إشاري أي أنه يستخدم للتواصل وتنسيق العمليات الحيوية ضمن الخلية. تستخدم إنزيمات الكيناز الأدينوسين ثلاثي الفوسفات للحصول على مجموعة فوسفات، كونها الإنزيمات التي تضيف مجموعة الفوسفات إلى الجزيئات الحيوية. تأتي أهمية الكينازات من دورها في نقل الإشارة، فتنقل الإشارات الكيميائية من المستقبلات خارج الخلية إلى الداخل. وبعد وصول الإشارة تستجيب الخلية بما يتوافق معها. الإشارات الخلوية مهمة، فالخلايا تتلقى إشارات للنمو والاستقلاب والتمايز وقد تتلقى إشارات للموت.
تصنيع الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين
يحتوي الحمض النووي الريبي RNA على الأسس النكليوتيدية، هي السيتوزين والغوانين واليوراسيل والأدنين الحاوي على الأدينوسين، الذي يتشكل من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، ويوضع الأخير مباشرةً ضمن الحمض النووي الريبي RNA. أما الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين فيدخل الأدنين بنفس الطريقة عدا أن العملية تتضمن نزع الأكسجين من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، فيتشكل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات منقوص الأكسجين قبل أن يدخل في نطاق الحمض النووي.
مركبات مشتقة من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات
الأدينوسين ثنائي الفوسفات
يسمى بالأدينوسين بيروفوسفات في الكيمياء. يختلف عن الأدينوسين ثلاثي الفوسفات بأنه يحوي مجموعتي فوسفات فقط. يتحول الأدينوسين ثلاثي الفوسفات إلى الأدينوسين ثنائي الفوسفات عندما يخسر مجموعة فوسفات واحدة منتجًا الطاقة. الأدينوسين ثنائي الفوسفات نفسه يتشكل انطلاقًا من الأدينوسين أحادي الفوسفات. هذا التبديل بين الأدينوسين ثلاثي الفوسفات والأدينوسين ثنائي الفوسفات خلال التنفس الخلوي يؤمن الطاقة اللازمة للخلية للقيام بوظائفها.
الأدينوسين أحادي الفوسفات
يحتوي الأدينوسين أحادي الفوسفات على مجموعة فوسفات واحدة، يسمى أيضًا 5’-adenylic acid. يوجد هذا المركب في الحمض النووي الريبي RNA ويحتوي الأدنين، الذي يساهم في تكوين الشيفرة الجينية. يمكن تشكيله بالتحليل المائي للأدينوسين ثلاثي الفوسفات، أو بتحويل جزيئتي أدينوسين ثنائي الفوسفات إلى جزيئة أدينوسين ثلاثي الفوسفات وأخرى من الأدينوسين أحادي الفوسفات. قد يتشكل أيضًا من الحمض النووي الريبي. يتحول الأدينوسين أحادي الفوسفات إلى حمض البول الذي يشكل مكونًا من مكونات البول، ويُطرح عن طريق المثانة.
الأدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي
يُشتق الأدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، وهو مركب آخر ناقل للإشارة، ويفعّل بعض إنزيمات الكيناز. يمكن كسر الرابطة وتحويله من مركب حلقي إلى مركب خطي.
السبل التي يدخل فيها الأدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي لها دورٌ مهمٌ في بعض أنواع السرطانات كالكارسينوما. لدى هذا المركب دور استقلابي في خلايا الجراثيم. عندما لا تتمكن الخلية الجرثومية من إنتاج ما يكفي من الطاقة، فإن كمية الأدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي ترتفع في الخلية ما يؤدي إلى تفعيل جينات توجه الخلية لاعتماد مصادر طاقة أخرى مختلفة.
اقرأ أيضًا:
ما هي القواعد النيتروجينية ؛ الأدينين و الثايمين و الغوانين و السايتوسين ؟
ترجمة: ليلى حمدون
تدقيق: حسام التهامي
