Cơ thể là một sinh vật phức tạp và cần năng lượng để duy trì hoạt động bình thường. Adenosine triphosphate (ATP) là nguồn năng lượng để cơ thể chúng ta sử dụng và lưu trữ ở cấp độ tế bào. Cấu trúc của ATP là một nucleoside triphosphate bao gồm một bazơ nitơ, một loại đường ribose và ba nhóm phosphate liên kết nối tiếp. ATP thường được gọi là “đồng tiền năng lượng” của tế bào, vì nó cung cấp năng lượng dễ giải phóng trong liên kết giữa nhóm phosphate thứ hai và thứ ba.
Ngoài việc cung cấp năng lượng, sự phân hủy ATP thông qua quá trình thủy phân còn phục vụ nhiều chức năng khác nhau của tế bào, bao gồm truyền tín hiệu và tổng hợp DNA/RNA. Quá trình tổng hợp ATP đòi hỏi sử dụng nguồn năng lượng thu được từ nhiều cơ chế dị hóa, bao gồm hô hấp tế bào, oxy hóa beta và ketosis.
Phần lớn quá trình tổng hợp năng lượng ATP xảy ra trong quá trình hô hấp tế bào ở ma trận ty thể, khoảng 32 phân tử ATP được tạo ra trên mỗi phân tử glucose bị oxy hóa. ATP được tiêu thụ để tạo năng lượng trong các quá trình bao gồm vận chuyển ion, co cơ, truyền xung thần kinh, phosphoryl hóa cơ chất và tổng hợp hóa học. Các quy trình này cũng như các quy trình khác tạo ra nhu cầu cao đối với ATP. Kết quả là để đảm bảo hoạt động bình thường thì các tế bào trong cơ thể con người phụ thuộc vào quá trình thủy phân từ 100 đến 150 mol ATP mỗi ngày.
ATP là một phân tử lưu trữ năng lượng tuyệt vời để sử dụng làm “tiền tệ” do các nhóm phosphate liên kết thông qua liên kết phosphodiester. Các liên kết này có năng lượng cao do các điện tích âm liên quan tạo ra lực đẩy giữa các nhóm phosphate. Thông qua các quá trình trao đổi chất, ATP bị thủy phân thành ADP hoặc xa hơn là AMP và các nhóm phosphate vô cơ tự do.
Quá trình thủy phân ATP thành ADP diễn ra thuận lợi về mặt năng lượng mang lại năng lượng không chứa Gibbs là -7.3 cal/mol. ATP phải liên tục được bổ sung để cung cấp năng lượng cho tế bào luôn hoạt động. Nồng độ nội bào thông thường của ATP là từ 1 đến 10 uM. Nhiều cơ chế phản hồi được áp dụng để đảm bảo duy trì mức ATP ổn định trong tế bào. Việc tăng cường hoặc ức chế ATP synthase là một cơ thế điều hòa phổ biến.
Quá trình thủy phân ATP cung cấp năng lượng cần thiết cho nhiều quá trình thiết yếu trong sinh vật và tế bào. Chúng bao gồm tín hiệu nội bào, tổng hợp DNA và RNA, tín hiệu Purinergic, tín hiệu synap, vận chuyển tích cực và co cơ.
Sự truyền tín hiệu chủ yếu dựa vào ATP. Năng lượng ATP có thể đóng vai trò là chất nền cho kinase, protein liên kết với ATP nhiều nhất. Khi một kinase phosphoryl hóa một protein, một tầng tín hiệu có thể được kích hoạt, dẫn đến việc điều chỉnh các con đường truyền tín hiệu nội bào khác nhau. ATP có thể hoạt động như một chất kích hoạt phổ biến của việc giải phóng chất truyền tin nội bào.
Tổng hợp ADN/ARN cần ATP. ATP là một trong bốn đơn phân nucleotide-triphosphate cần thiết trong quá trình tổng hợp RNA. Quá trình tổng hợp DNA sử dụng một cơ chế tương tự. Năng lượng ATP trước tiên được biến đổi bằng cách loại bỏ một nguyên tử oxy khỏi đường để tạo ra deoxyribonucleotide.
Tín hiệu purinergic là một dạng tín hiệu cận tiết ngoại bào được trung gian bởi các nucleotide purine, bao gồm ATP. Quá trình này thường kéo theo việc kích hoạt các thụ thể purinergic trên các tế bào ở gần nhau, do đó truyền tín hiệu để điều chỉnh các quá trình nội bào. ATP được đồng lưu trữ và đồng giải phóng giữa các chất dẫn truyền thần kinh, hỗ trợ thêm cho quan niệm rằng ATP là chất trung gian cần thiết của quá trình dẫn truyền thần kinh purinergic ở cả dây thần kinh giao cảm và đối giao cảm. ATP có thể tạo ra một số phản ứng purinergic, bao gồm kiểm soát các chức năng tự trị, tương tác thần kinh đệm, đau và kiểm soát trương lực mạch.
Bộ não là nơi tiêu thụ ATP cao nhất trong cơ thể, tiêu thụ khoảng 25% tổng năng lượng có sẵn. Một lượng lớn năng lượng được sử dụng để duy trì nồng độ ion truyền tín hiệu thần kinh và truyền synap thích hợp. Truyền dẫn qua khớp thần kinh là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng. Tại điểm cuối trước synap, ATP được yêu cầu để thiết lập các gradient ion đưa chất dẫn truyền thần kinh vào các túi và mồi cho các túi để giải phóng thông qua quá trình xuất bào. Tế bào thần kinh sẽ cần thủy phân một tỷ phân tử ATP sau mỗi lần khử cực tế bào. Các khớp thần kinh hưng phấn chi phối phần lớn chất xám của não.
Co cơ là một chức năng cần thiết của cuộc sống hàng ngày và không thể xảy ra nếu không có ATP. Có ba vai trò chính mà ATP thực hiện trong hoạt động co cơ. Đầu tiên là thông qua việc tạo ra lực chống lại các sợi actin liền kề thông qua chu kỳ của các cầu nối myosin. Thứ hai là bơm các ion canxi từ cơ chất qua mạng lưới cơ tương chống lại gradient nồng độ của chúng bằng cách vận chuyển tích cực. Chức năng thứ ba được thể hiện bởi ATP là vận chuyển tích cực các ion natri và kali qua sarcolemma để các ion canxi có thể được giải phóng khi nhận được đầu vào. Quá trình thủy phân ATP thúc đẩy từng quá trình này.
Nhiều quá trình có khả năng tạo ra ATP trong cơ thể, tùy thuộc vào điều kiện trao đổi chất hiện tại. Quá trình sản xuất ATP có thể xảy ra với sự có mặt của oxy từ quá trình hô hấp tế bào, quá trình oxy hóa beta, ketosis, lipid và dị hóa protein, cũng như trong điều kiện kỵ khí.
Hô hấp tế bào là quá trình dị hóa glucose thành acetyl-CoA, tạo ra các chất mang điện tử năng lượng cao sẽ bị oxy hóa trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, tạo ra ATP.
Beta-oxy hóa là một cơ chế khác để tổng hợp ATP trong sinh vật. Trong quá trình oxy hóa beta, các chuỗi axit béo bị rút ngắn vĩnh viễn, tạo ra các phân tử Acetyl-CoA. Trong mỗi chu kỳ oxy hóa beta, axit béo bị giảm đi hai chiều dài carbon, tạo ra một phân tử Acetyl-CoA. Phân tử Acetyl-CoA sẽ bị oxy hóa trong chu trình axit citric để tạo ra năng lượng ATP.
Ketosis là một phản ứng tạo ra ATP thông qua quá trình dị hóa của các thể ketone. Trong quá trình ketosis, các thể ketone trải qua quá trình dị hóa để tạo ra năng lượng, tạo ra 22 phân tử ATP và 2 phân tử GTP trên mỗi phân tử acetoacetate bị oxy hóa trong ty thể.
Khi oxy khan hiếm hoặc không có sẵn trong quá trình hô hấp tế bào, các tế bào có thể trải qua quá trình hô hấp kỵ khí. Trong điều kiện yếm khí, có sự tích tụ các phân tử NADH do không có khả năng oxy hóa NADH thành NAD+, hạn chế hoạt động của GAPDH và tiêu thụ glucose. Để duy trì mức NADH cân bằng nội môi, pyruvate bị khử thành lactate, tạo ra quá trình oxy hóa một phân tử NADH, quá trình này được gọi là lên men lactic. Trong quá trình lên men lactic, hai phân tử NADH được tạo ra trong quá trình đường phân bị oxy hóa để duy trì nguồn dự trữ NAD+. Phản ứng này chỉ tạo ra hai phân tử ATP trên mỗi phân tử glucose.
Nicotinamide Mononucleotide (NMN) là một enzyme tiền thân của Coenzyme NAD. NAD+ là một coenzym thiết yếu cần cho sự sống và các chức năng của tế bào. NAD+ đóng vai trò quan trọng trong hơn 400 phản ứng trao đổi chất, có liên quan đến chuyển hóa glucose, axit béo và sự hình thành năng lượng ATP cung cấp sự sống cho tế bào. Do đó, bổ sung thực phẩm có chứa Nicotinamide Mononucleotide (NMN) sẽ làm tăng NAD+ để đẩy nhanh quá trình trẻ hóa cơ thể bằng cách tăng sinh năng lượng ATP.
Bài viết trên đã trả lời được câu hỏi năng lượng ATP là dạng năng lượng gì và cho chúng ta biết được những vai trò mà năng lượng ATP mang lại cho cơ thể. Năng lượng ATP bên cạnh việc được sản xuất từ quá trình hô hấp tế bào, beta-oxy hóa, ketosis và hô hấp kị khí, thì còn được thúc đẩy tăng sinh nhờ việc bổ sung thực phẩm chức năng có chứa hoạt chất Nicotinamide Mononucleotide (NMN) cho cơ thể.
.jpeg)
