Malá molekula ATP, což je zkratka pro adenosintrifosfát, je hlavním nosičem energie pro všechno živé. U lidí je ATP biochemickým způsobem, jak ukládat a využívat energii pro každou buňku v těle. Energie ATP je také primárním zdrojem energie pro ostatní zvířata a rostliny.
Struktura molekuly ATP
ATP je tvořen dusíkatou bází adenin, pětikarbonový cukr ribóza a tři fosfátové skupiny: alfa, beta a gama. Vazby mezi beta a gama fosfáty mají obzvláště vysokou energii. Když se tyto vazby rozbijí, uvolní dostatek energie pro spuštění řady buněčných odpovědí a mechanismů.
Přeměna ATP na energii
Kdykoli buňka potřebuje energii, rozbije beta-gama fosfátovou vazbu a vytvoří adenosindifosfát (ADP) a volnou molekulu fosfátu. Buňka ukládá přebytečnou energii kombinací ADP a fosfátu, aby vytvořila ATP. Buňky získávají energii ve formě ATP procesem nazývaným dýchání, což je řada chemických reakcí oxidujících glukózu se šesti uhlíky za vzniku oxidu uhličitého.
Jak funguje dýchání
Existují dva typy dýchání: aerobní dýchání a anaerobní dýchání. Aerobní dýchání probíhá s kyslíkem a produkuje velké množství energie, zatímco anaerobní dýchání nepoužívá kyslík a produkuje malé množství energie.
Oxidace glukózy během aerobního dýchání uvolňuje energii, která se poté používá k syntéze ATP z ADP a anorganického fosfátu (Pi). Během dýchání mohou být místo šestihlíkové glukózy použity také tuky a bílkoviny.
Aerobní dýchání probíhá v mitochondriích buňky a probíhá ve třech fázích: glykolýza, Krebsův cyklus a cytochromový systém.
ATP během glykolýzy
Během glykolýzy, ke které dochází v cytoplazmě, se glukóza se šesti uhlíky rozpadá na dvě jednotky se třemi uhlíky kyseliny pyrohroznové. Vodíky, které jsou odstraněny, se spojí s vodíkovým nosičem NAD za vzniku NADH2. Výsledkem je čistý zisk 2 ATP. Kyselina pyrohroznová vstupuje do matrice mitochondrií a prochází oxidací, ztrátou oxidu uhličitého a vytvářením dvouuhlíkové molekuly zvané acetyl CoA. Vodíky, které byly odebrány, se spojí s NAD a vytvoří NADH2.
ATP během Krebsova cyklu
Krebsův cyklus, známý také jako cyklus kyseliny citronové, produkuje vysokoenergetické molekuly NADH a flavinadenin dinukleotidu (FADH2), plus nějaké ATP. Když acetyl CoA vstoupí do Krebsova cyklu, spojí se s kyselinou čtyřuhlíkovou, která se nazývá kyselina oxalooctová, a vytvoří kyselinu šestouhlíkovou, která se nazývá kyselina citronová. Enzymy způsobují řadu chemických reakcí, převádějí kyselinu citronovou a uvolňují vysokoenergetické elektrony na NAD. V jedné z reakcí se uvolní dostatek energie k syntéze molekuly ATP. Pro každou molekulu glukózy vstupují do systému dvě molekuly kyseliny pyrohroznové, což znamená, že jsou vytvořeny dvě molekuly ATP.
ATP během cytochromového systému
Systém cytochromu, známý také jako systém nosiče vodíku nebo řetězec přenosu elektronů, je součástí procesu aerobního dýchání, který produkuje nejvíce ATP. Elektronový transportní řetězec je tvořen bílkovinami na vnitřní membráně mitochondrií. NADH posílá vodíkové ionty a elektrony do řetězce. Elektrony dodávají energii proteinům v membráně, která se pak používá k čerpání iontů vodíku přes membránu. Tento tok iontů syntetizuje ATP.
Celkem je z jedné molekuly glukózy vytvořeno 38 molekul ATP.
