أدينوسين ثلاثي الفوسفات | Adenosine Triphosphate (ATP)

ما هو أدينوسين ثلاثي الفوسفات

أدينوسين ثلاثي الفوسفات (بالإنجليزية: Adenosine Triphosphate, ATP) هو جزيء يلعب دوراً في نقل وتخزين الطاقة التي يحتاجها الجسم لأداء مختلف العمليات الحيوية، مثل تصنيع البروتينات، وأيض الطعام، ونقل الأيونات، وانقباض العضلات.

كذلك فإن الادينوسين ثلاثي الفوسفات يساهم في عملية التواصل بين الخلايا وبناء الحمض النووي منقوص الأكسجين (بالإنجليزية: Deoxyribonucleic Acid, DNA).

يتواجد أدينوسين ثلاثي الفوسفات في سيتوبلازم وبلازما النواة (بالإنجليزية: Nucleoplasm) في الخلايا، ويعمل كبطارية داخل الخلايا لتزويدها بالطاقة عند الحاجة، كما يتجدد مخزون الخلايا من ثلاثي فوسفات الأدينوسين باستمرار بعد استهلاكه. [1]

صيغة ثلاثي فوسفات الأدينوسين

تشير الصيغة الكيميائية (C10H16N5O13P3) إلى مركب الطاقة ثلاثي فوسفات الأدينوسين، إذ يتكون مركب ATP من الجزيئات الثلاثة التالية: [2]

• قاعدة نيتروجينية مكونة من الأدينين.
• سكر الريبوز.
• ثلاثة مجموعات فوسفات يربط بينها جزيئات أكسجين، وتعد الروابط بين مجموعات الفوسفات مصدر الطاقة في جزيء ATP، وذلك بسبب الشحنات الكهربائية المتنافرة بين مجموعات الفوسفات.

كيف يتم تصنيع مركب الطاقة ATP في خلايا الجسم؟

تتم عملية صناعة أدينوسين ثلاثي الفوسفات في الخلايا بالطرق التالية: [3]

• الفسفرة الضوئية، وهي عملية تحدث في النباتات خلال البناء الضوئي ويتم عبرها تصنيع جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات من الأدينوسين ثنائي الفوسفات.
• التنفس الخلوي الهوائي واللاهوائي، والذي يحدث في ميتوكوندريا الخلية. وتحدث عملية التنفس اللاهوائي لدى البكتيريا التي تعيش في بيئات خالية من الأكسجين، بينما يحتاج التنفس الخلوي للأكسجين بالإضافة للجلوكوز لإنتاج جزيء ATP، وتتضمن عملية التنفس الخلوي تحلل السكر، وتكوين جزيء أسيتل مرافق الإنزيم-أ (بالإنجليزية: Acetyl Co-A)، وتكون ATP.
• التخمير، وهي عملية لا تحتاج للأكسجين لتصنيع أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وتتم في البكتيريا والخميرة.
• أكسدة الحمض الدهني (بالإنجليزية: Beta oxidation)، وهي عملية يتم فيها تكسير سلاسل الأحماض الدهنية لتكوين جزيئات أسيتل مرافق الإنزيم-أ والذي يتم تحويله عبر سلسلة تفاعلات لأدينوسين ثلاثي الفوسفات.
• عملية هدم الكيتونات (بالإنجليزية: Ketosis)، والتي ينتج عنها جزيئات ATP وGTP.

الفرق بين ATP و GTP

يتشابه رمز ثلاثي فوسفات الأدينوسين مع اختصار جزيئات أخرى، ومنها جزيء جوانوسين ثلاثي الفوسفات (بالإنجليزية: Guanosine Triphosphate, GTP).

يلعب الجزيئان أدواراً مختلفة داخل الخلايا، ففي حين يدخل كلاهما في تصنيع الحمض النووي الريبوزي، إلا أن دور GTP يتمحور حول إرسال الإشارات الخلوية.

بينما يعد الدور الرئيسي لجزيء ATP هو تخزين الطاقة، كما يتكون أدينوسين ثلاثي الفوسفات من قاعدة الأدينوسين النيتروجينية، بينما يحتوي جوانوسين ثلاثي الفوسفات على قاعدة الجوانوسين النيتروجينية. [5]

كيف تتحرر الطاقة من جزيء ATP؟

يعمل ثلاثي فوسفات الأدينوسين على تحرير الطاقة ليستخدمها الجسم عن طريق تفاعل يفقد فيه الجزيء مجموعة فوسفات لينتج عنه تحرير الطاقة المخزنة في الروابط بين مجموعات الفوسفات.

يتحول جزيء ثلاثي فوسفات الأدينوسين ATP إلى جزيء أدينوسين ثنائي الفوسفات (بالإنجليزية: Adenosine Diphosphate, ADP)، والذي يمكن أن يفقد بدوره مجموعة فوسفات لتحرير المزيد من الطاقة وإنتاج جزيء أدينوسين أحادي الفوسفات (بالإنجليزية: Adenosine Monophosphate, AMP). [4]

كيف يتم تجديد مركب الطاقة ATP؟

عند عدم الحاجة للطاقة، تتحد مجموعات الفوسفات مع جزيء فوسفات الأدينوسين مجدداً بتفاعل معاكس للتفاعل السابق الذي حررت فيه الطاقة.

يعتمد تفاعل تجديد مركب الطاقة ATP على الطاقة المكتسبة من الغذاء أو التعرض لأشعة الشمس، وينتج عن التفاعل تخزين الطاقة إلى حين حاجتها، لذا فإن أدينوسين ثلاثي الفوسفات يتجدد باستمرار داخل الخلايا، ويقدر تركيزه في الخلية بحوالي 1-10 ميكرومول.

 يتم تنظيم مستويات ATP داخل الخلية عن طريق نظام من التغذية الراجعة يتضمن تثبيط أو تعزيز عمل إنزيم أدينوسين ثلاثي الفوسفات سينثاز (بالإنجليزية: ATP Synthase) المسؤول عن تحفيز تفاعل صناعة جزيء ATP.

كذلك، فإن وجود مستويات كافية من ثلاثي فوسفات الأدينوسين داخل الخلية يعمل على تثبيط الإنزيمات المشاركة في عملية تحلل السكر (بالإنجليزية: Glycolysis) والتي تساهم في تكوين جزيء ATP. [3]

ما هي فوائد ثلاثي فوسفات الأدينوسين؟

يمثل ثلاثي فوسفات الأدينوسين مخزناً للطاقة في الجسم، ويعود محتواه العالي من الطاقة للروابط بين مجموعات الفوسفات المتصلة بسكر الرايبوز، والتي تتحرر عند فقدان هذه الجزيئات. تتمثل وظائف أدينوسين ثلاثي الفوسفات فيما يلي: [1,3]

• نقل الطاقة للخلايا، حيث تتحرر الطاقة بمقدار 7.3 كيلو كالوري لكل مول عند فقدان مجموعة من الفوسفات من جزيء الادينوسين ثلاثي الفوسفات.
• بناء الحمض النووي DNA، حيث يتحول جزيء ATP إلى أدينوسين منقوص الأكسجين ثلاثي الفوسفات (بالإنجليزية: Deoxyadenosin Triphosphate ,dATP) ليشكل جزءاً من سلسلة الحمض النووي DNA.
• بناء الحمض النووي الريبوزي RNA.
• نقل الإشارات الكيميائية اللازمة للتواصل بين الخلايا، حيث يوفر ثلاثي فوسفات الادينوسين مجموعات الفوسفات الضرورية لفسفرة الجزيئات بوساطة إنزيم كاينيز (بالإنجليزية: Kinase)، والذي يؤدي لنقل الإشارات من خارج لداخل الخلية ومن ثم الاستجابة لهذه الإشارات للقيام بالعمليات الحيوية المختلفة. كذلك فإن أدينوسين ثلاثي الفوسفات يساهم في تحفيز إطلاق الهرمونات، والإنزيمات، والنواقل العصبية، وعوامل النمو التي تساهم في نقل الإشارات الخلوية.
• النقل العصبي (بالإنجليزية: Neurotransmission) بين العصبونات، حيث تحتاج هذه العملية كميات كبيرة من الطاقة التي يوفرها جزيء ATP، ويعد الدماغ أكبر مستهلك لأدينوسين ثلاثي الفوسفات في الجسم.
• انقباض العضلات، حيث يساهم ثلاثي أدينوسين الفوسفات في حدوث الانقباض العضلي بعدة طرق أهمها النقل النشط لأيونات الكالسيوم، والبوتاسيوم، والصوديوم.

التطبيقات العلاجية لمركب أدينوسين ثلاثي الفوسفات

يمكن أن يقدم جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات فوائد علاجية عند إعطاءه كمكمل، ومن التطبيقات الممكنة لمكملات ATP ما يلي: [3]

• التخدير، فقد يساعد على تقليل ألم الاعتلال العصبي، وألم نقص التروية، كما قد يساعد على تقليل الحاجة للمسكنات الأفيونية بعد العمليات الجراحية.
• تقليل الألم خلال وقبل وبعد العمليات الجراحية عند إعطاءه وريدياً.
• تقليل ضغط الدم أثناء إجراء العمليات الجراحية.