Kuinka ATP toimii?

Pieni molekyyli ATP, joka tarkoittaa adenosiinitrifosfaattia, on tärkein energian kantaja kaikelle elävälle. Ihmisillä ATP on biokemiallinen tapa tallentaa ja käyttää energiaa jokaiseen kehon soluun. ATP-energia on myös ensisijainen energialähde muille eläimille ja kasveille.

ATP koostuu typpipitoisesta emäsadeniinista, viiden hiilisen sokerin riboosista ja kolmesta fosfaattiryhmästä: alfa, beeta ja gamma. Beeta- ja gammafosfaattien väliset sidokset ovat erityisen korkeita. Kun nämä sidokset hajoavat, ne vapauttavat tarpeeksi energiaa laukaisemaan useita soluvasteita ja mekanismeja.

Aina kun solu tarvitsee energiaa, se rikkoo beeta-gammafosfaattisidoksen muodostaakseen adenosiinidifosfaatin (ADP) ja vapaan fosfaattimolekyylin. Solu tallentaa ylimääräisen energian yhdistämällä ADP: tä ja fosfaattia ATP: n muodostamiseksi. Solut saavat energiaa ATP: n muodossa prosessilla, jota kutsutaan hengitykseksi, sarja kemiallisia reaktioita, jotka hapettavat kuuden hiilen glukoosin hiilidioksidiksi.

Hengitystä on kahta tyyppiä: aerobinen hengitys ja anaerobinen hengitys. Aerobinen hengitys tapahtuu hapen kanssa ja tuottaa suuria määriä energiaa, kun taas anaerobinen hengitys ei käytä happea ja tuottaa pieniä määriä energiaa.

Glukoosin hapettuminen aerobisen hengityksen aikana vapauttaa energiaa, jota käytetään sitten syntetisoimaan ATP ADP: stä ja epäorgaanisesta fosfaatista (Pi). Rasvoja ja proteiineja voidaan käyttää myös kuusihiilisen glukoosin sijasta hengityksen aikana.

Aerobinen hengitys tapahtuu solun mitokondrioissa ja tapahtuu kolmessa vaiheessa: glykolyysi, Krebs-sykli ja sytokromijärjestelmä.

Sytoplasmassa tapahtuvan glykolyysin aikana kuuden hiilen glukoosi hajoaa kahteen kolmen hiilen pyruviinihappoyksikköön. Poistetut vedyt yhdistyvät vetykantajaan NAD muodostaen NADH: n₂. Tämä johtaa 2 ATP: n nettovoittoon. Pyroviinihappo menee mitokondrioiden matriisiin ja käy läpi hapettumisen menettämällä hiilidioksidin ja luomalla kaksihiilisen molekyylin, jota kutsutaan asetyyli-CoA: ksi. Poistetut vedyt yhdistyvät NAD: n kanssa NADH: n valmistamiseksi₂.

Krebsin sykli, joka tunnetaan myös nimellä sitruunahapposykli, tuottaa NADH: n ja flaviiniadeniinidinukleotidin (FADH) suurenergisiä molekyylejä₂), plus ATP. Kun asetyyli-CoA tulee Krebs-sykliin, se yhdistyy neljän hiilen happoon, jota kutsutaan oksaloetikkahapoksi, jolloin saadaan kuuden hiilen happo, jota kutsutaan sitruunahapoksi. Entsyymit aiheuttavat sarjan kemiallisia reaktioita, muuttamalla sitruunahapon ja vapauttamalla korkean energian elektroneja NAD: ksi. Yhdessä reaktioista vapautuu tarpeeksi energiaa ATP-molekyylin syntetisoimiseksi. Kutakin glukoosimolekyyliä kohti on kaksi pyruviinihappomolekyyliä, jotka tulevat järjestelmään, mikä tarkoittaa, että muodostuu kaksi ATP-molekyyliä.

Sytokromijärjestelmä, joka tunnetaan myös nimellä vedyn kantajajärjestelmä tai elektroninsiirtoketju, on osa aerobista hengitysprosessia, joka tuottaa eniten ATP: tä. Elektronikuljetusketju muodostuu mitokondrioiden sisäkalvossa olevista proteiineista. NADH lähettää vetyioneja ja elektroneja ketjuun. Elektronit antavat energiaa membraanin proteiineille, jota käytetään sitten vetyionien pumppaamiseen membraanin läpi. Tämä ionivirta syntetisoi ATP: n.

Yhteensä 38 ATP-molekyyliä luodaan yhdestä glukoosimolekyylistä.