ATP

Adenosintrifosfat (ATP) er en energirik kjemisk forbindelse som er involvert i alle energikrevende prosesser i menneskekroppen, som muskelsammentrekning, overføring av signaler i nerver, oppbygging av proteiner, kopiering av arvestoffer med mer. 

ATP dannes ved en kobling av tre fosfatgrupper til molekylet adenosin. Adenosin inneholder adenin, som også inngår i nukleinsyrene.

De uunnværlige adenosinforbindelsene betegnes med kombinasjoner av tre bokstaver: ATP, ADP og AMP. ATP er forkortelse for den engelske betegnelsen a denosine t ri p hosphate. Det finnes også forbindelser med en eller to fosfatgrupper. Disse er AMP (M, mono = en) og ADP (D, di = to). Bindingene mellom fosfatgruppene kalles energirike bindinger og betegnes med et spesielt symbol (∼). Bindingen mellom adenosin og en fosfatgruppe inneholder mindre enn en tredel av den energimengden som bindingen mellom fosfatgruppene inneholder.

Fosfatbindingene blir lett spaltet av enzymer og energien frigjort til bruk i cellens metabolisme (stoffskifte). Både ATP og ADP spiller en viktig rolle i cellens energihusholdning. Energien som kommer fra cellens respirasjon, eller hos planter fra reaksjoner som skyldes sollyset (fotosyntese), brukes for det meste til å koble fosfat til ADP slik at ATP dannes. Energien som blir lagret på denne måten, kan senere brukes til energikrevende prosesser.

ATP kan oppfattes som en universell energileverandør i alle celler og vev. Livet ville ikke vært mulig uten ATP. Forbindelsen er blitt kalt «livets molekyl».

ATP er involvert i alle kroppsfunksjoner som krever energi, som muskelkontraksjon, overføring av signaler i nerver, hjertets funksjon, transport av stoffer gjennom cellevegger, opprettholdelse av kroppstemperaturen osv. Det er derfor ikke overraskende at det dannes og nedbrytes store mengder ATP hvert døgn. Hos en person som veier 75 kg, finnes det ca. 40 g ATP. Man har kunnet beregne at det i løpet av 24 timer dannes og nedbrytes ca. 100 kg ATP, altså mer enn kroppsvekten. Hvert ATP-molekyl blir i gjennomsnitt bygd opp og brutt ned ca. 2500 ganger i døgnet.

Som eksempler på ATPs betydning for organenes funksjon kan nevnes: transporten av salt i nyretubuli, kontraksjonsmekanismen i muskelfibrene og ionepumpen i nervecellene.

Nyrene filtrerer blodet og produserer urin av filtratet ved at noen stoffer utskilles og andre suges tilbake. Natriumioner, som blir suget tilbake (reabsorbert) fra filtratet i nyretubuli, må passere to membraner: membranen som dekker innsiden av tubulicellene (luminalmembranen) og basalmembranen til disse cellene. Etter at saltet har passert disse membranene, kommer det over i kapillarene. Forskjellen i saltkonsentrasjon i filtratet og i cellene bestemmer hvor mye salt som tas opp fra filtratet. Dette er en passiv, osmotisk prosess.

Transporten gjennom basalmembranen, dvs. avsaltingen av tubulicellene, er en aktiv prosess som innebærer transport inn i et område med økende saltkonsentrasjon (konsentrasjonsgradient). Det er derfor nødvendig med et enzym (natrium translokator-ATP-ase) som katalyserer transporten av salt (natriumioner). Nødvendig energi kommer fra nedbryting (hydrolyse) av ATP-molekylet. Enzymet må oppfylle følgende krav:

Det må ha en mer eller mindre bestemt posisjon for å kunne transportere molekyler eller ioner.

Det må være i stand til å forandre seg (endre konfigurasjon) på en slik måte at bindingsstedet, som først lå på innsiden av cellemembranen, senere kommer til å ligge på utsiden, og omvendt. En av konfigurasjonene må ha sterkere tiltrekning på det transporterte molekyl enn en annen konfigurasjon for at enzymet kan frigjøre molekylet igjen. Se også nyre.

Ved hjelp av elektronmikroskop har man fått informasjon om strukturen i muskelfibrene. Fibrene består av to molekyler, myosin og aktin. De kalles kontraktile proteiner fordi de er i stand til å trekke seg sammen.

Muskelkontraksjonen kommer i gang gjennom en forandring av tiltrekningen mellom aktin- og myosinmolekylene. ATP er uunnværlig for denne mekanismen. Kalsiumioner spiller også en viktig rolle i denne prosessen. Interaksjonen mellom de to kontraktile proteinene skjer slik: Positivt ladde kalsiumioner frigjøres ved at et elektrisk signal går langs muskelfibermembranen (muskelaksjonspotensial). Kalsiumionene går rett inn i cellevæsken og fester seg mellom de negativt ladde ATP-molekylene på henholdsvis aktin og myosin. Aktin- og myosinmolekylene er nå bundet sammen elektrisk. ATPs negative ladning nøytraliseres av kalsium. De frastøtende kreftene, som til nå har holdt sidekjeden til myosin strukket ut, forsvinner, og sidekjeden blir kortere. Fordi kryssbindingene mellom aktin og myosin går på skrå, vil aktinkjeden bli trukket langs myosinkjeden når denne kontraherer seg. ATP møter enzymet ATP-ase ved basis av myosinkjeden, og et fosfatmolekyl spaltes fra ATP. Derved brytes forbindelsen mellom myosin- og aktinkjeden. Deretter vil forbrukt ATP på myosinkjeden bli erstattet av fritt ATP, og utgangsposisjonen er gjenopprettet.

Det betyr også at ATP er den viktigste energileverandør til muskelkontraksjonen og følgelig til alt muskelarbeid. Muskelkontraksjonen skyldes at aktinkjedene blir puffet mellom myosinkjedene. I avslappet tilstand er det en binding mellom aktin og myosin. Denne bindingen brytes, og aktinet strekkes lenger og lenger mellom myosinkjedene i en serie av koblinger og spaltninger. For å løse aktin-myosinbindingen trengs energi som kommer fra spaltingen av ATP i ADP og fosfat. På den måten reduseres mengden ATP i muskelen under kontraksjon, men ATP kan nydannes gjennom spalting av en annen energirik forbindelse i muskelen, kreatinfosfat.

ATP finnes overalt i kroppen hvor det er behov for energi i lignende prosesser som de nevnte.

Nervecellenes aktivitet er avhengig av at det er forskjell i konsentrasjonen av visse kjemiske stoffer på utsiden og innsiden av cellemembranen. Det dreier seg hovedsakelig om natrium-, kalium- og kloridioner (se aksjonspotensial, nerveimpuls). Spesielle egenskaper hos nervemembranen er også viktige. En nervecelle i hvile kan sammenlignes med et ladd batteri, hvor ladningen eller spenningen over membranen opprettholdes av en pumpemekanisme. I denne mekanismen spiller ATP en nøkkelrolle. Pumpemekanismen kalles derfor en enzymatisk ionepumpe. Denne pumpen må være i stand til å transportere kaliumioner inn i cellen og natriumioner ut av cellen. ATP er ansvarlig for denne mekanismen og gjør bruk av et mellomprodukt kalt fosfoprotein.

Transporten av ladde partikler foregår i to faser: Den første settes i gang av natriumioner. Fosfoproteinet – et protein med en fosforgruppe – blir tilført en fosfatgruppe fra ATP, det blir fosforylert. Det fører til en binding av natriumioner på innsiden av membranen.

Fosfoproteinkomplekset beveger seg fra innsiden til yttersiden av membranen. I den andre fasen blir fosfoproteinkomplekset defosforylert, og natriumionet spaltes av, samtidig som et kaliumion bindes. Molekylet beveger seg igjen, denne gangen fra yttersiden til innsiden av membranen og blir på ny fosforylert. To andre enzymer deltar i denne prosessen, nemlig kinase på innsiden av membranen og fosfatase på utsiden. Den enzymatiske ionepumpen er meget følsom for alle slags ytre påvirkninger. Hvis hjernen ikke får tilførsel av oksygen innen tre minutter, hvilket kan skje f.eks. ved et alvorlig hjerteinfarkt, settes den enzymatiske pumpen ut av spillet. Dette fører til nedsatt funksjon og i senere stadier til at deler av hjernen dør.

Pumpen er også meget følsom for karbonmonoksid, og bevisstløsheten som inntrer ved selv lette forgiftninger, kan tilskrives den skadelige effekten av gassen. Giften cyanid har en direkte effekt på dannelsen av ATP. De senere års forskning i forbindelse med disse mekanismene har bidratt til å gi en molekylær forklaring på flere alvorlige sykdommer i sentralnervesystemet.

I tillegg til de meget viktige prosessene som er nevnt ovenfor, er ATP også uunnværlig for sammenkoblingen av aminosyrer til proteiner (proteinsyntese) og for kopiering av arvematerialet i celler som skal dele seg. Se også respirasjonskjeden, DNA.