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