Provavelmente, uma das moléculas mais importantes em toda
a biologia é ATP.
ATP, que significa adenosina trifosfato.
Que soa muito pomposo.
Mas tudo o que precisam de lembrar, sempre que vejam ATP
algures nalguma reacção bioquímica,
algo no vosso cérebro deve dizer, ei, estamos a lidar com
energia biológica.
Ou outra maneira de pensar em ATP é como a "moeda" -- Vou colocar
isso entre aspas -- de energia biológica.
Então como é uma forma de "moeda"?
Bem, o ATP armazena energia nas suas ligações.
E já explicarei o que isso significa num instante.
E antes de aprendermos como é que um grupo adenosina ou um
grupo 3-fosfato são, pode dar um pequeno
salto de fé, se conseguire imaginar o ATP como sendo constituído
por algo chamado -- deixem-me fazer numa cor bonita -- um
grupo adenosina ali.
E depois ligado a ele, poderá ter três fosfatos.
Poderá não, terá.
Terá três grupos fosfato ligados a ele, assim.
E isto é ATP:
Adenosina trifosfato.
Tri- significa três grupos fosfato.
Agora, se pegarmos na adenosina trifosfato e hidrolizarmos
esta ligação, ou seja, se pegarmos nisto
na presença de água.
Por isso deixem-me colocar alguma água aqui.
Vamos dizer que tenho H2O.
Então um destes grupos fosfato será separado.
Essencialmente, parte desta água junta-se a este grupo fosfato,
e depois parte junta-se a este
grupo fosfato aqui
E já mostrarei em maior detalhe.
Mas gostaria de dar o quadro geral primeiro.
O que sobra é um grupo adenosina, que agora tem
dois fosfatos.
E isto é chamado adenosina difosfato ou ADP.
Antes tínhamos trifosfato, que significa três fosfatos.
Agora temos difosfato, adenosina trifosfato, portanto
em vez de tri aqui escrevemos apenas di.
Que significa que agora temos dois grupos fosfato.
Então o ATP foi hidrolizado, ou separou-se
um destes grupos fosfatos.
Então agora temos ADP e depois um fosfato
extra aqui.
E -- e aqui é a chave de tudo o que falamos
quando lidamos com ATP -- e
temos alguma energia.
Então quando falo de o ATP ser a moeda
da energia biológica, isto é o porquê.
Se tivermos ATP, e formos -- através de alguma
reacção química -- fazer sair este grupo fosfato aqui.
Gera-se energia.
Essa energia pode ser utilizado como calor genericamente.
Ou podemos acoplar esta reacção com outras reacções
que requeiram energia.
Então essa reacções poderão avançar.
Então, eu desenho estes círculos
Adenosinas e fosfatos.
E isto é tudo o que precisam saber.
O que eu já mostrei aqui é tudo o que precisam
saber para pensar na forma como o ATP opera
na maior parte dos sistemas biológicos. E se quiserem
ir por outro lado.
Se tiverem energia e quiserem gerar ATP, a
reacção evoluirá simplesmente neste sentido.
Energia mais um grupo fosfato mais algum ADP, e pode
voltar ao ATP.
E isto é energia armazenada.
Portanto este lado da equação é energia armazenada.
E este lado da equação é energia utilizada.
E isto é tudo o que precisam -- bem, isto é 95% do
que precisam saber para compreender a função do ATP
em sistemas biológicos- É simplesmente um armazenamento de energia
-- ATP tem energia.
Quando separamos um grupo fosfato, isso gera energia.
E então se quiseremos voltar de um ADP e um fosfato
a ATP, teremos que usar energia de novo.
Portanto, se tiveremmos ATP, é essa a fonte de energia.
Se tiveremos ADP e quiseremos ATP, é necessário utilizar energia.
Até aqui eu só desenhei um círculo à volta de um A e
disse que isso era uma adenosina.
Mas às vezes é mais satisfatório ver como
a molécula realmente se parece.
Por isso cortei e colei isto da Wikipedia.
E o motivo porque não mostrei isto inicialmente é
porque isto parece muito complicado.
Enquanto a razão conceptual do porquê do ATP ser a moeda
da energia, é relativamente directa.
Quando temos três fosfatos, um fosfato pode sair.
O que resultará em alguma energia
a ser colocada no sistema.
Ou se se quisermos ligar um fosfato
teremos que utilizar energia.
Este é o princípio básico do ATP.
Mas esta é a estrutura actual.
Mas mesmo aqui podemos separá-la e ver que realmente
não é assim tão mau.
Dissemos adenosina.
Deixem-me desenhar o grupo adenosina.
Temos adenosina.
Isto aqui é adenosina.
Esta parte da molécula ali.
Aquilo é adenosina.
Para os que realmente prestaram atenção a alguns
dos outro vídeos, podem reconhecer esta parte
da adenosina -- isto é chamado adenosina, mas esta parte mesmo
aqui -- é adenina.
Que é a mesma adenina que faz parte dos nucleótidos que
são o esqueleto do ADN.
Então algumas destas moléculas em sistemas biológicos têm mais
do que um uso.
Esta é a mesma adenina de quando falamos
sobre adenina e guanina.
Isto é uma purina.
Também há pirimidinas, mas eu não vou
entrar muito nisso.
Mas essa é a mesma molécula.
Isso é apensa uma coisa interessante.
A mesma coisa que faz parte do ADN, também faz parte do que produz
as moléculas da moeda da energia.
Então a adenina faz parte da parte da adenosina do ATP.
E a outra parte aqui, é ribose.
A qual também pode reconhecer do ARN, ácido ribonucleico.
Isto é porque temos ribose a fornecer
na situação toda.
Mas não vou entrar muito nisso.
Mas a ribose é apenas um açúcar de 5 carbonos.
Quando não desenham a molécula, está implícito que
é um carbono,
Por isso isto é um carbono aqui, dois carbonos, três
carbonos, quatro carbonos, cinco carbonos.
E isso é bom saber.
É bom saber que eles partilham parte das suas
moléculas com ADN.
E estes são blocos de construção familiares que vemos
uma e outra vez.
Mas eu quer enfatizar que saber isto, ou memorizá-lo,
de maneira nenhuma irá ajudar a compreender a forma mais simples
de compreensão de ATP como sendo o que
impulsiona as reacções biológicas.
E aqui desenhei três grupos fosfato, e isto
é a sua real estrutura molecular.
A sua estrutura de Lewis aqui.
Esse é um grupo fosfato.
Esse é o segundo grupo fosfato.
E esse é o terceiro grupo fosfato.
Assim mesmo.
Quando eu aprendi isto pela primeira vez, a minha questão foi, OK eu posso
dar esse pequeno salto de fé, se eu tirar um destes
grupos fosfato ou se esta ligação for hidrolizada
de alguma forma liberta-se energia.
E então eu meio que continuei e respondi a todas as questões
a que tinha de responder.
Mas porque liberta energia?
O que tem essa ligação que liberta energia?
Lembrem-se que todas as ligações são electrões a ser partilhados
com diferentes átomos.
Por isso a melhor maneira para pensar sobre isso está aqui.
Estes electrões que estão a ser partilhados ao longo desta ligação,
ou este electrão que está a ser partilhado ao longo desta ligação,
e está a vir do fosfato.
Eu não vou desenhar a tabela periódica agora.
Mas vocês sabem que o grupo fosfato têm cinco electrões para partilhar.
É menos electronegativo do que o o oxigénio, por isso o oxigénio vai como que
agarrar o electrão.
Mas este electrão está muito desconfortável.
Há um par de razões para ele estar desconfortável.
Está num estado elevado de energia,
Um motivo porque está, é porque temos todos
estes oxigénios negativos aqui.
por isso eles querem afastar-se uns aos outros.
Por isso estes electrões nesta ligação não conseguem realmente chegar
perto do núcleo.
Eles entram numa espécie de estado de baixa energia.
Tudo isto é mais uma analogia do que a realidade.
Todos sabemos que electrões se podem tornar bastante complexos.
E há um mundo inteiro da mecânica quântica.
Mas essa é uma boa maneira de pensar nisso.
Que estas moléculas querem estar afastadas umas das outras.
Mas temos todas estas ligações, por isso este electrão, está numa espécie de
estado de alta energia.
Está mais afastado do núcleo destes dois átomos
do que pode querer estar.
E quando se retira este grupo fosfato, de repente
estes electrões podem entrar num
estado de baixa energia.
E isso gera energia.
Por isso esta energia aqui é sempre -- de facto
em qualquer reacção onde se diz que energia é gerada, é
sempre de electrões que vão para um estado de menor energia.
É a isso que tudo se resume.
E mais à frente quando falarmos de respiração
celular e glicólise e tudo isso, sempre que mostrarmos
energia, é realmente de electrões
que passam de estados desconfortáveis para estados mais confortáveis.
E no processo geram energia.
Se estou num avião, ou a saltar de um avião, eu tenho
muita energia potencial assim que
salto do avião.
E podemos ver isso como um estado desconfortável.
E quando estou no sofá a ver futebol, eu
tenho muito menos energia potencial, por isso esse é um
estado muito confortável.
E eu posso ter gerado muita energia
a cair no meu sofá.
Mas eu não sei.
As minhas analogias quebram-se sempre em alguma altura.
Agora, a última coisa que eu quero ver convosco é exactamente como
esta reacção acontece.
Até agora, podiam desligar o vídeo, e já podiam perceber
que o ATP é usado em 95% da biologia,
especialmente Bio AP.
Mas eu quero que compreendam como
esta reacção realmente acontece.
Então para isso, eu vou copiar isto
e colar partes destes.
Então, eu já vos disse que este aqui vai
separar-se do ATP.
Então este é o grupo fosfato que se quebra.
E então ficamos com o resto dele.
Ficamos com o ADP que sobra.
Isto é o ADP.
Eu nem tenho que copiar e colar isto tudo.
Podem aceitar que isto é o grupo adenosina.
Assim.
Já dissemos que isto é hidrolizado
ou é cortado e gera energia.
Mas o que eu quero fazer é
mostrar o mecanismo de facto.
Um pouco de simplificação de como
isto realmente acontece.
Eu disse que esta reacção ocorre na presença de água.
Por isso deixem-me desenhar alguma água aqui.
Então eu tenho um oxigénio e um hidrogénio.
E depois tenho outro hidrogénio.
Que está aqui.
Então a hidrólise é só uma reacção em que dizemos, ei,
este aqui, quer ligar-se com algo
ou quer partilhar os electrões de um outro.
Talvez este hidrogénio aqui vá para baixo e partilhe
este electrão com este oxigénio aqui.
E depois este fósforo, tem um electrão extra que
precisa partilhar.
Lembrem-se que tem cinco electrões de valência; ele quer partilhar
com o oxigénio.
Ele tem um, dois, três, quatro a ser partilhados agora.
Bem, se este hidrogénio passa para este aqui, então sobra
este OH azul aqui.
E este pode partilhar um dos
electrões extra do fósforo.
Assim ficamos com o OH assim.
Então este é o processo actual.
E poderia ser de outra maneira.
Eu poderia ter clivado aqui.
Poderia ter clivado todo isto aqui.
E este teria mantido o oxigénio e o
hidrogénio iria para ele.
E este teria ficado com o OH.
Poderia acontecer em qualquer ordem.
Por isso qualquer ordem estaria correcta.
E há outro ponto que quero deixar.
E este é um pouco mais complexo.
E estava a pensar se realmente queria fazê-lo.
O motivo pelo qual se está num estado de menor energia
é que, uma vez que se separa -- deixem-me descer
para aqui-- é porque eu disse, ei, este electrão é mais feliz
quando é -- digamos que este electrão que era parte deste fósforo
está mais feliz agora.
Está num estado de menor energia
porque não está a ser esticado
Não está a ter que passar o seu tempo entre este e aquele
porque esta molécula e esta molécula querem separar-se
porque têm cargas negativas.
Isso é parte da razão.
Outro motivo, e falaremos muito mais disto
em maior detalhe quando aprendermos mais sobre química orgânica, é
que isto tem maior ressonância.
Mais estrutura de ressonância ou mais configurações de ressonância.
E isso significa que todos esse electrões, estes electrões
extra aqui, podem como que mover-se entre
diferentes átomos. E isso torna-os ainda mais estáveis.
Por isso, se quiserem imaginar que este oxigénio aqui tem um
electrão extra nele.
E então esse electrão extra, viria aqui para baixo
e depois formaria uma ligação dupla com o fósforo.
E depois este electrão aqui poderia saltar de novo
para aquele oxigénio.
E isso poderia acontecer neste lado e naquele lado.
Não vou entrar em detalhas, mas isso é outra
razão pela qual o torna mais estável.
Se já tiveram química orgânica, podem como que
apreciar mais isso.
Mas eu não quero entrar em mais detalhes.
A coisa mais importante a lembrar acerca do ATP é que
quando clivamos um grupo fosfato, gera-se
energia que pode impulsionar variadas funções biológicas,
como crescimento e movimento, movimento muscular, contracção
muscular, impulsos eléctricos nos
nervos e cérebro.
Então esta é a maior bateria de moeda de energia
em sistemas biológicos. Essa é a coisa mais importante
que se devem lembrar sobre o ATP.