Πώς λειτουργεί το ATP;

Το μικρό μόριο ATP, το οποίο σημαίνει τριφωσφορική αδενοσίνη, είναι ο κύριος φορέας ενέργειας για όλα τα έμβια όντα. Στους ανθρώπους, το ATP είναι ένας βιοχημικός τρόπος αποθήκευσης και χρήσης ενέργειας για κάθε κύτταρο του σώματος. Η ενέργεια ATP είναι επίσης η κύρια πηγή ενέργειας για άλλα ζώα και φυτά.

Το ATP αποτελείται από την αζωτούχο αδενίνη βάσης, τη ριβόζη πέντε-άνθρακα σακχάρου και τρεις φωσφορικές ομάδες: άλφα, βήτα και γάμμα. Οι δεσμοί μεταξύ των βήτα και των γάμμα φωσφορικών είναι ιδιαίτερα υψηλής ενέργειας. Όταν αυτοί οι δεσμοί σπάσουν, απελευθερώνουν αρκετή ενέργεια για να ενεργοποιήσουν μια σειρά κυτταρικών αποκρίσεων και μηχανισμών.

Κάθε φορά που ένα κύτταρο χρειάζεται ενέργεια, σπάει τον δεσμό φωσφορικού βήτα-γ για να δημιουργήσει διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) και ένα ελεύθερο μόριο φωσφορικών. Ένα κύτταρο αποθηκεύει υπερβολική ενέργεια συνδυάζοντας ADP και φωσφορικό για να δημιουργήσει ATP. Τα κύτταρα παίρνουν ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αναπνοή, μια σειρά χημικών αντιδράσεων που οξειδώνουν έξι-άνθρακα γλυκόζη για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα.

Υπάρχουν δύο τύποι αναπνοής: αερόβια αναπνοή και αναερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα με οξυγόνο και παράγει μεγάλες ποσότητες ενέργειας, ενώ η αναερόβια αναπνοή δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο και παράγει μικρές ποσότητες ενέργειας.

Η οξείδωση της γλυκόζης κατά την αερόβια αναπνοή απελευθερώνει ενέργεια, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη σύνθεση ATP από ADP και ανόργανο φωσφορικό άλας (Pi). Λίπη και πρωτεΐνες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν αντί για γλυκόζη έξι-άνθρακα κατά την αναπνοή.

Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια ενός κυττάρου και συμβαίνει σε τρία στάδια: γλυκόλυση, τον κύκλο Krebs και το σύστημα κυτοχρώματος.

Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, που συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα, η γλυκόζη έξι-άνθρακα διασπάται σε δύο μονάδες πυροσταφυλικού οξέος τριών-άνθρακα. Τα υδρογόνα που απομακρύνονται ενώνονται με τον φορέα υδρογόνου NAD για να παράγουν NADH₂. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα καθαρό κέρδος 2 ATP. Το πυρουβικό οξύ εισέρχεται στη μήτρα του μιτοχονδρίου και διέρχεται οξείδωση, χάνοντας ένα διοξείδιο του άνθρακα και δημιουργώντας ένα μόριο δύο άνθρακα που ονομάζεται ακετύλιο CoA. Τα υδρογόνα που έχουν αφαιρεθεί ενώνονται με το NAD για να φτιάξουν το NADH₂.

Ο κύκλος Krebs, επίσης γνωστός ως κύκλος κιτρικού οξέος, παράγει μόρια υψηλής ενέργειας NADH και δινουκλεοτίδιο φλαβίνης αδενίνης (FADH₂), συν κάποια ATP. Όταν το ακετύλιο CoA εισέρχεται στον κύκλο Krebs, συνδυάζεται με ένα τετρα-άνθρακα οξύ που ονομάζεται οξαλοξικό οξύ για να κάνει το οξύ έξι-άνθρακα που ονομάζεται κιτρικό οξύ. Τα ένζυμα προκαλούν μια σειρά χημικών αντιδράσεων, μετατρέποντας το κιτρικό οξύ και απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας σε NAD. Σε μία από τις αντιδράσεις, απελευθερώνεται αρκετή ενέργεια για τη σύνθεση ενός μορίου ΑΤΡ. Για κάθε μόριο γλυκόζης υπάρχουν δύο μόρια πυρουβικού οξέος που εισέρχονται στο σύστημα, που σημαίνει ότι σχηματίζονται δύο μόρια ΑΤΡ.

Το σύστημα κυτοχρώματος, επίσης γνωστό ως σύστημα μεταφοράς υδρογόνου ή αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, είναι το μέρος της διαδικασίας αερόβιας αναπνοής που παράγει το μεγαλύτερο ATP. Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων αποτελείται από πρωτεΐνες στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Η NADH στέλνει ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια στην αλυσίδα. Τα ηλεκτρόνια δίνουν ενέργεια στις πρωτεΐνες της μεμβράνης, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την άντληση ιόντων υδρογόνου κατά μήκος της μεμβράνης. Αυτή η ροή ιόντων συνθέτει το ATP.

Συνολικά, 38 μόρια ATP δημιουργούνται από ένα μόριο γλυκόζης.