Малката молекула АТФ, която означава аденозин трифосфат, е основният енергиен носител за всички живи същества. При хората АТФ е биохимичен начин за съхраняване и използване на енергия за всяка отделна клетка в тялото. АТФ енергията е и основният енергиен източник за други животни и растения.
Структура на молекулата на АТФ
АТФ се състои от азотната основа аденин, пет-въглеродната захарна рибоза и три фосфатни групи: алфа, бета и гама. Връзките между бета и гама фосфатите са особено енергийни. Когато тези връзки се разкъсат, те отделят достатъчно енергия, за да задействат редица клетъчни реакции и механизми.
Превръщане на АТФ в енергия
Винаги, когато клетката се нуждае от енергия, тя прекъсва бета-гама фосфатната връзка, за да създаде аденозин дифосфат (ADP) и свободна фосфатна молекула. Клетката съхранява излишната енергия, като комбинира ADP и фосфат, за да направи ATP. Клетките получават енергия под формата на АТФ чрез процес, наречен дишане, поредица от химични реакции, окисляващи шествъглеродната глюкоза, за да образуват въглероден диоксид.
Как работи дишането
Има два вида дишане: аеробно дишане и анаеробно дишане. Аеробното дишане се осъществява с кислород и произвежда големи количества енергия, докато анаеробното дишане не използва кислород и произвежда малки количества енергия.
Окисляването на глюкозата по време на аеробно дишане освобождава енергия, която след това се използва за синтезиране на АТФ от ADP и неорганичен фосфат (Pi). По време на дишането вместо шествъглеродна глюкоза могат да се използват и мазнини и протеини.
Аеробното дишане се осъществява в митохондриите на клетката и протича в три етапа: гликолиза, цикъл на Кребс и цитохромна система.
АТФ По време на гликолиза
По време на гликолизата, която се случва в цитоплазмата, шествъглеродната глюкоза се разпада на две единици с три въглеродни пирови киселини. Отстранените водороди се свързват с водородния носител NAD, за да образуват NADH2. Това води до нетна печалба от 2 ATP. Пировиноградната киселина влиза в матрицата на митохондрията и преминава през окисление, губейки въглероден диоксид и създавайки двувъглеродна молекула, наречена ацетил КоА. Отнетите водороди се свързват с NAD, за да се получи NADH2.
АТФ по време на цикъла на Кребс
Цикълът на Кребс, известен също като цикъла на лимонената киселина, произвежда високоенергийни молекули NADH и флавин аденин динуклеотид (FADH2), плюс малко ATP. Когато ацетил КоА влиза в цикъла на Кребс, той се комбинира с четири-въглеродна киселина, наречена оксалооцетна киселина, за да се получи шест-въглеродната киселина, наречена лимонена киселина. Ензимите предизвикват поредица от химични реакции, превръщайки лимонената киселина и освобождавайки високоенергийни електрони в NAD. В една от реакциите се отделя достатъчно енергия, за да се синтезира молекула АТФ. За всяка молекула глюкоза има две молекули на пировиноградна киселина, влизащи в системата, което означава, че се образуват две молекули АТФ.
ATP по време на цитохромна система
Цитохромната система, известна още като водородна носителна система или верига за електронен пренос, е частта от аеробния процес на дишане, която произвежда най-много АТФ. Електронната транспортна верига се формира от протеини във вътрешната мембрана на митохондриите. NADH изпраща водородни йони и електрони във веригата. Електроните дават енергия на протеините в мембраната, която след това се използва за изпомпване на водородни йони през мембраната. Този поток от йони синтезира АТФ.
Общо от една молекула глюкоза се създават 38 молекули АТФ.