Wie funktioniert ATP?

Das kleine Molekül ATP, das für Adenosintriphosphat steht, ist der Hauptenergieträger für alle Lebewesen. Beim Menschen ist ATP ein biochemischer Weg, um Energie für jede einzelne Zelle des Körpers zu speichern und zu nutzen. ATP-Energie ist auch die primäre Energiequelle für andere Tiere und Pflanzen.

ATP besteht aus der stickstoffhaltigen Base Adenin, dem Fünf-Kohlenstoff-Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen: Alpha, Beta und Gamma. Die Bindungen zwischen Beta- und Gammaphosphat sind besonders energiereich. Wenn diese Bindungen brechen, setzen sie genug Energie frei, um eine Reihe von zellulären Reaktionen und Mechanismen auszulösen.

Wann immer eine Zelle Energie benötigt, bricht sie die Beta-Gamma-Phosphat-Bindung, um Adenosindiphosphat (ADP) und ein freies Phosphatmolekül zu bilden. Eine Zelle speichert überschüssige Energie, indem sie ADP und Phosphat kombiniert, um ATP herzustellen. Zellen erhalten Energie in Form von ATP durch einen Prozess namens Atmung, eine Reihe chemischer Reaktionen, bei denen Glukose mit sechs Kohlenstoffatomen zu Kohlendioxid oxidiert wird.

Es gibt zwei Arten der Atmung: die aerobe Atmung und die anaerobe Atmung. Die aerobe Atmung erfolgt mit Sauerstoff und erzeugt große Energiemengen, während die anaerobe Atmung keinen Sauerstoff verwendet und nur geringe Energiemengen erzeugt.

Die Oxidation von Glucose während der aeroben Atmung setzt Energie frei, die dann zur Synthese von ATP aus ADP und anorganischem Phosphat (Pi) verwendet wird. Fette und Proteine ​​können während der Atmung auch anstelle von Sechs-Kohlenstoff-Glukose verwendet werden.

Die aerobe Atmung findet in den Mitochondrien einer Zelle statt und verläuft in drei Phasen: Glykolyse, Krebs-Zyklus und Cytochrom-System.

Während der Glykolyse, die im Zytoplasma stattfindet, zerfällt Glukose aus sechs Kohlenstoffatomen in zwei Brenztraubensäureeinheiten mit drei Kohlenstoffatomen. Die entfernten Wasserstoffe verbinden sich mit dem Wasserstoffträger NAD zu NADH₂. Dies führt zu einem Nettogewinn von 2 ATP. Die Brenztraubensäure dringt in die Matrix des Mitochondriums ein und durchläuft eine Oxidation, wobei sie Kohlendioxid verliert und ein Zwei-Kohlenstoff-Molekül namens Acetyl-CoA erzeugt. Die weggenommenen Wasserstoffe verbinden sich mit NAD zu NADH₂.

Der Krebs-Zyklus, auch Zitronensäure-Zyklus genannt, produziert hochenergetische Moleküle von NADH und Flavinadenindinukleotid (FADH .).₂), plus etwas ATP. Wenn Acetyl-CoA in den Krebs-Zyklus eintritt, verbindet es sich mit einer Vier-Kohlenstoff-Säure namens Oxalessigsäure, um die Sechs-Kohlenstoff-Säure namens Zitronensäure herzustellen. Enzyme verursachen eine Reihe von chemischen Reaktionen, die Zitronensäure umwandeln und hochenergetische Elektronen in NAD freisetzen. Bei einer der Reaktionen wird genügend Energie freigesetzt, um ein ATP-Molekül zu synthetisieren. Für jedes Glucosemolekül treten zwei Brenztraubensäuremoleküle in das System ein, d.

Das Cytochromsystem, auch bekannt als Wasserstoffträgersystem oder Elektronentransferkette, ist der Teil des aeroben Atmungsprozesses, der das meiste ATP produziert. Die Elektronentransportkette wird aus Proteinen auf der inneren Membran der Mitochondrien gebildet. NADH schickt Wasserstoffionen und Elektronen in die Kette. Die Elektronen geben den Proteinen in der Membran Energie, die dann verwendet wird, um Wasserstoffionen durch die Membran zu pumpen. Dieser Ionenfluss synthetisiert ATP.

Insgesamt entstehen 38 ATP-Moleküle aus einem Glukosemolekül.