ATP سنتاز و ATPآز: تفاوت ATPase و ATP synthase چیست

تفاوت  اصلی  بین ATPase و ATP synthase این است که  ATPase آنزیمی‌است که ATP را به ADP و گروه فسفات آزاد تجزیه می‌کند. در مقابل، ATP سنتاز آنزیمی‌است که با ترکیب ADP و یک گروه فسفات آزاد، ATP را سنتز می‌کند. علاوه بر این، ATPase یک واکنش فسفوریلاسیون را کاتالیز می‌کند که انرژی آزاد می‌کند، اما ATP سنتاز یک واکنش فسفوریلاسیون را کاتالیز می‌کند که انرژی را ذخیره می‌کند. علاوه بر این، بیشتر ATPaseها به عنوان پروتئین‌های عرض غشایی (transmembrane proteins) عمل می‌کنند که مولکول‌ها را از طریق مکانیسم‌های انتقال فعال اولیه در سراسر غشاء حرکت می‌دهند. اما، ATP سنتاز در غشای داخلی میتوکندری (inner membrane of mitochondria) قرار دارد و در فسفوریلاسیون اکسیداتیو (oxidative phosphorylation) نقش دارد. 

به طور خلاصه، ATPase و ATP synthase دو آنزیم با عملکرد متضاد در متابولیسم ATP هستند. نکته مهم این است که ATP شکل رایج و قابل استفاده انرژی در سلول (main energy currency of the cell) است. 

کلمات کلیدی: ATP سنتاز، ATPase، دفسفوریلاسیون، فسفوریلاسیون اکسیداتیو، انتقال فعال اولیه

ATPase چیست؟  

ATPase کلاس آنزیم‌هایی است که مسئول کاتالیز کردن دفسفوریلاسیون ATP هستند. از این رو، ATP را به ADP و یک یون فسفات آزاد تجزیه می‌کند. علاوه بر این، این واکنش دفسفوریلاسیون (dephosphorylation reaction) ATP انرژی آزاد می‌کند که باعث ایجاد یک واکنش بیوشیمیایی دیگر می‌شود. به طور کلی، بیشتر آنزیم‌های ATPase با پروتئین‌های غشایی انتگرال (integral membrane proteins) جفت می‌شوند که مولکول‌ها را در سراسر غشاء حرکت می‌دهند. به خصوص، ATPase جفت شده با پروتئین‌های حامل، انتقال فعال اولیه را انجام می‌دهند.

علاوه بر این، پروتئین‌های حامل فوق، بسیاری از متابولیت‌های مهم لازم برای متابولیسم سلولی را وارد می‌کنند و ضایعات، سموم و غیره را به خارج از سلول صادر می‌کنند. به عنوان مثال، Na⁺/K⁺ ATPase یک پروتئین حامل است که برای حفظ پتانسیل غشای سلولی مهم است. از نظر عملکردی، سه یون سدیم را به خارج از سلول منتقل می‌کند در حالی که به ازای هر مولکول ATP هیدرولیز شده، دو یون پتاسیم را به داخل سلول منتقل می‌کند. 

شکل ۱: Na⁺/K⁺ ATPase

ATP Synthase چیست؟ 

ATP آنزیمی‌است که مسئول سنتز ATP، مولکول کلیدی ذخیره انرژی سلول است. به طور معمول، واکنش شیمیایی برای سنتز ATP در زیر آورده شده است. 

ADP + P_i  + ۳H ⁺ _out  ⇌ ATP + H2O + 3H⁺ _in  

علاوه بر این، سنتز ATP در تنفس سلولی از طریق یک گرادیان الکتروشیمیایی تولید شده توسط پروتون در سراسر غشای میتوکندری در فرآیندی به نام فسفوریلاسیون اکسیداتیو اتفاق می‌افتد. بنابراین، سنتاز ATP عمدتا در غشای داخلی میتوکندری رخ می‌دهد. علاوه بر این در طول فتوسنتز، سنتز ATP همچنین توسط یک گرادیان پروتون ایجاد شده در سراسر غشای تیلاکوئید  در واکنش نور رخ می‌دهد.

شکل ۲: ATP سنتاز 

علاوه بر این، ATP سنتاز یک F-ATPase است که در میتوکندری‌ها، کلروپلاست‌ها و غشای پلاسمایی باکتری‌ها وجود دارد. آنها ATP را با استفاده از شیب پروتون در سراسر غشاهای بیولوژیکی مربوطه سنتز می‌کنند. همچنین، F-ATPases شامل دو زیر واحد است. F O و F ۱ که دارای مکانیزم موتور چرخشی است که امکان تولید ATP را فراهم می‌کند. جدای از آن، F-ATPase یک نوع ATPase چرخشی است که یکی از چهار نوع ATPase است. در اینجا، سه نوع دیگر ATPaseها عبارتند از P-ATPases، E-ATPases و پروتئین AAA.  

شباهت‌های بین ATPase و ATP Synthase 

• ATPase و ATP synthase دو آنزیم هستند که در متابولیسم ATP، ارز اصلی انرژی سلول شرکت می‌کنند. 
• بنابراین، آنها مسئول تبدیل انرژی سلولی بین فرآیندهای مختلف بیوشیمیایی سلول هستند. 
• علاوه بر این، هر دو آنزیم پروتئین‌های غشایی جدایی ناپذیر هستند که در غشاهای بیولوژیکی لنگر انداخته اند. 

تفاوت بین ATPase و ATP Synthase 

تعریف 

ATPase به دسته ای از آنزیم‌ها اشاره دارد که تجزیه ATP به ADP و یک یون فسفات آزاد را کاتالیز می‌کند. در مقابل، ATP سنتاز به آنزیمی‌اشاره دارد که مولکول ذخیره انرژی ATP را سنتز می‌کند. 

انواع

چهار نوع ATPase عبارتند از ATPases چرخشی، P-ATPases، E-ATPases و پروتئین AAA. در ضمن، سنتز ATP یک F-ATPase است که نوعی ATPaseهای چرخشی است. 

عملکرد 

ATPase ATP را به ADP و یک گروه فسفات تجزیه می‌کند، اما ATP سنتاز ATP را سنتز می‌کند. 

نوع واکنش 

ATPase دچار دفسفوریلاسیون می‌شود، اما در مقابل، ATP سنتاز تحت فسفوریلاسیون قرار می‌گیرد. 

وقوع 

ATPase همراه با پروتئین‌های حامل متصل به غشاهای بیولوژیکی ایجاد می‌شود. اما ATP سنتاز در غشای داخلی میتوکندری قرار دارد. 

نقش 

ATPase در انتقال فعال اولیه مولکول‌ها شرکت می‌کند، اما ATP سنتاز تحت فسفوریلاسیون اکسیداتیو قرار می‌گیرد. 

متابولیسم انرژی 

ATPase انرژی را از ATP آزاد می‌کند، در حالی که ATP سنتاز انرژی را در ATP ذخیره می‌کند. 

نتیجه 

به طور خلاصه، ATPase آنزیمی‌است که مسئول دفسفوریلاسیون ATP به ADP و یک گروه فسفات است. بنابراین انرژی ذخیره شده در ATP را آزاد می‌کند. همچنین، ATPase همراه با پروتئین‌های حامل، که تحت انتقال فعال اولیه مولکول‌ها قرار می‌گیرند، رخ می‌دهد. در مقابل، ATP سنتاز آنزیمی‌است که مسئول سنتز ATP از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو است. از این رو، در غشای داخلی میتوکندری رخ می‌دهد. همچنین، انرژی الکتروشیمیایی گرادیان پروتون را در ATP ذخیره می‌کند. با این حساب، تفاوت اصلی بین ATPase و ATP synthase نقش آنزیم است.