Cos’è la bioluminescenza dell’ATP?

Cos'è l'ATP o Adenosina trifosfato?

formule chimique de l'ATP
Adenosina trifosfato

L’adenosina trifosfato (ATP) è una molecola vitale per il funzionamento di qualsiasi cellula vivente. Può essere considerata una sorta di “batteria” chimica che immagazzina e fornisce energia alle cellule in base alle loro esigenze.

L’ATP o Adenosina trifosfato è composto da:

  • una base chiamata adenosina (composta da una molecola di ribosio legata a una molecola di adenina) come descritto nella formula chimica a fianco;
  • collegata a un gruppo di tre molecole di fosfato legate tra loro da legami ad alta energia. Quando uno di questi legami viene rotto o scisso, viene rilasciata una grande quantità di energia.

 Nessuna cellula morta produce ATP, che viene rapidamente degradato nelle cellule morte dall’azione di enzimi presenti nella cellula o nell’ambiente che degradano l’ATP.

Questa caratteristica delle cellule viventi che producono solo ATP viene sfruttata: per discriminare tra cellule vive e morte, rilevando il loro ATP.

Ecco perché la bioluminescenza dell’ATP intracellulare (cioè prodotta all’interno della cellula) è usata per quantificare le cellule viventi, e in particolare nel campo della microbiologia, i microrganismi vitali, come i funghi o i batteri. I virus non producono o immagazzinano ATP, hanno bisogno della cellula ospite per replicarsi.

Con un’eccezione: alcuni microrganismi esposti a determinate lunghezze d’onda UV che danneggiano il DNA senza danneggiare la membrana microbica, conservano il loro ATP intracellulare. Tuttavia, in questo caso il contenuto di ATP rimane costante senza alcun aumento, perché non c’è più produzione di ATP.

Anche in questo caso la cellula microbica si degrada e a un certo punto rilascia l’ATP intracellulare o lo degrada.

 

Quando l’ATP ha rilasciato la sua energia attraverso la bioluminescenza, diventa adenosina monofosfato (AMP) con un singolo gruppo fosfato.

Adenosina monofosfato

La bioluminescenza dell'ATP rileva l'adenosina trifosfato.

bioluminescenza dell'ATP
L'Atp (adenosina trifosfato) in presenza di luciferina-luciferasi produce una reazione di bioluminescenza che può essere misurata da un bioluminometro.

L’ATP rilevato dalla bioluminescenza dell’Atp può essere:

  • o ATP libero rilasciato da cellule danneggiate o morte
  • o adenosina trifosfato rilasciato dalle cellule per lisi durante l’analisi dell’ATP.

Come si analizza l'adenosina trifosfato o ATP?

firefly emitting light at night
La luce prodotta dalla lucciola o dal verme luminoso è dalla bioluminescenza dell'ATP.

Quando l’ATP viene rilasciato da una cellula e mescolato con un complesso (o miscela) che comprende un substrato, la luciferina, e un enzima, la luciferasi, si verifica una reazione luminosa, nota come reazione di bioluminescenza ATP.

Questa reazione di bioluminescenza è la stessa del processo biochimico con cui la lucciola produce luce fredda.

La luciferina serve come substrato per la reazione di bioluminescenza innescata dall’enzima luciferasi che scinde (rimuove i componenti di) la molecola di adenosina trifosfato compresi due gruppi fosfato se la reazione di bioluminescenza è completa.

Originariamente l’ATP era chiamato Adenosina trifosfato perché questa molecola contiene tre gruppi fosfato.

Dopo questa reazione di bioluminescenza l’ATP diventa AMP o adenosina monofosfato se l’ATP ha perso due gruppi fosfato.

Una volta che l’ATP è diventato AMP non può produrre bioluminescenza.

 

La bioluminescenza dell'ATP avviene in due fasi.

Le due fasi della bioluminescenza dell'ATP

La bioluminescenza dell’ATP avviene in due fasi.

Durante la prima fase, la luciferina interagisce con l’ATP in presenza di ioni magnesio (Mg++) e luciferasi per produrre luciferyl adenilato (una combinazione di luciferina e adenosin monofosfato), difosfato o pirofosfato (PPi) e CO2.

luciferina + ATP ————-> luciferyl adenilato + PPi + CO2

 

Nella seconda fase, sempre in presenza di luciferasi, il luciferyl adenilato reagisce con l’ossigeno per formare un gruppo peroxy transitorio (R-O-O-R) altamente instabile all’interno del luciferyl adenilato. Quando questo gruppo si rompe, eccita l’intero sistema e provoca l’emissione di luce.

luciferyl adenilato + O2 ————-> ossiluciferina + AMP + luce

La bioluminescenza dell'ATP è proporzionale alla concentrazione di microrganismi?

Questa reazione di bioluminescenza ATP è teoricamente proporzionale alla popolazione fungina o batterica vitale e dovrebbe permettere di quantificare il livello di concentrazione di questa flora:

  • acqua potabile, acqua di processo
  • acque reflue
  • acqua di zavorra
  • aria
  • superfici
  • carburanti
  • bevande.
  • e per il controllo della disinfezione.

Tuttavia, i metodi convenzionali di analisi dell’Atp, o Atpmetria, in particolare i kit Atp di prima e seconda generazione affrontano problemi tecnici, alcuni dei quali sono insormontabili.

Per capire perché, vedi la nostra pagina sui problemi irrisolti di bioluminescenza Atp dei kit Atpmetria di prima e seconda generazione.

 

Come si misura la bioluminescenza dell'ATP?

bioluminometro portatile con display LCD di URL (unità di luce relativa)

Un bioluminometro misura l’intensità della reazione luminescente. I valori visualizzati sullo schermo LCD del bioluminometro sono spesso espressi in URL (Relative Light Units).

Esistono diversi tipi e modelli di bioluminometri. Ci sono modelli da banco e anche luminometri portatili.

Alcuni kit di ATP o ATP-metria sono meno sensibili di altri a seconda di

    1. la sensibilità del rivelatore del luminometro
    2. la sensibilità dei loro materiali di consumo e reagenti alle sostanze inibitorie presenti in alcuni campioni
    3. la capacità di rilasciare ATP intracellulare da diverse cellule o meno.

Leggi la nostra prossima pagina che tratta i problemi classici sollevati dagli attuali metodi Atp facendo clic sul pulsante a destra.