كيف يعمل ATP؟

الجزيء الصغير ATP ، الذي يرمز إلى الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ، هو الناقل الرئيسي للطاقة لجميع الكائنات الحية. في البشر ، يعتبر ATP طريقة كيميائية حيوية لتخزين واستخدام الطاقة لكل خلية في الجسم. طاقة ATP هي أيضًا مصدر الطاقة الأساسي للحيوانات والنباتات الأخرى.

يتكون ATP من الأدينين ذو القاعدة النيتروجينية ، وريبوز السكر المكون من خمسة كربون وثلاث مجموعات فوسفات: ألفا وبيتا وغاما. الروابط بين بيتا وفوسفات جاما عالية بشكل خاص في الطاقة. عندما تنكسر هذه الروابط ، فإنها تطلق طاقة كافية لإطلاق مجموعة من الاستجابات والآليات الخلوية.

عندما تحتاج الخلية إلى طاقة ، فإنها تكسر رابطة فوسفات جاما بيتا لتكوين ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) وجزيء فوسفات حر. تخزن الخلية الطاقة الزائدة عن طريق الجمع بين ADP والفوسفات لصنع ATP. تحصل الخلايا على الطاقة في شكل ATP من خلال عملية تسمى التنفس ، وهي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تؤكسد الجلوكوز المكون من ستة كربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون.

هناك نوعان من التنفس: التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي. يحدث التنفس الهوائي مع الأكسجين وينتج كميات كبيرة من الطاقة ، بينما لا يستخدم التنفس اللاهوائي الأكسجين وينتج كميات صغيرة من الطاقة.

تؤدي أكسدة الجلوكوز أثناء التنفس الهوائي إلى إطلاق الطاقة ، والتي تُستخدم بعد ذلك لتخليق ATP من ADP والفوسفات غير العضوي (Pi). يمكن أيضًا استخدام الدهون والبروتينات بدلاً من الجلوكوز المكون من ستة كربون أثناء التنفس.

يحدث التنفس الهوائي في الميتوكوندريا للخلية ويحدث على ثلاث مراحل: تحلل السكر ودورة كريبس ونظام السيتوكروم.

أثناء تحلل السكر ، الذي يحدث في السيتوبلازم ، ينقسم الجلوكوز المكون من ستة كربون إلى وحدتين من حمض البيروفيك ثلاثي الكربون. تنضم الهيدروجين التي تمت إزالتها مع حامل الهيدروجين NAD لتكوين NADH₂. ينتج عن هذا ربح صاف قدره 2 ATP. يدخل حمض البيروفيك إلى مصفوفة الميتوكوندريون ويمر عبر الأكسدة ، ويفقد ثاني أكسيد الكربون ويخلق جزيء ثنائي الكربون يسمى أسيتيل CoA. الهيدروجين التي تم أخذها بعيدًا تنضم إلى NAD لصنع NADH₂.

تنتج دورة كريبس ، المعروفة أيضًا باسم دورة حمض الستريك ، جزيئات عالية الطاقة من NADH وفلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FADH₂) ، بالإضافة إلى بعض ATP. عندما يدخل acetyl CoA دورة كريبس ، فإنه يتحد مع حمض رباعي الكربون يسمى حمض oxaloacetic لصنع حمض الست كربون المسمى حمض الستريك. تسبب الإنزيمات سلسلة من التفاعلات الكيميائية ، حيث تقوم بتحويل حامض الستريك وإطلاق إلكترونات عالية الطاقة إلى NAD. في إحدى التفاعلات ، يتم إطلاق طاقة كافية لتكوين جزيء ATP. لكل جزيء جلوكوز ، يوجد جزيئين من حمض البيروفيك يدخلان النظام ، مما يعني أن جزيئين ATP يتكونان.

نظام السيتوكروم ، المعروف أيضًا باسم نظام حامل الهيدروجين أو سلسلة نقل الإلكترون ، هو جزء من عملية التنفس الهوائي التي تنتج معظم ATP. تتكون سلسلة نقل الإلكترون من بروتينات على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. يرسل NADH أيونات الهيدروجين والإلكترونات إلى السلسلة. تعطي الإلكترونات الطاقة للبروتينات الموجودة في الغشاء ، والتي تُستخدم بعد ذلك لضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء. هذا التدفق من الأيونات يصنع ATP.

إجمالاً ، يتم إنشاء 38 جزيء ATP من جزيء جلوكوز واحد.