Mala molekula ATP, što predstavlja adenozin trifosfat, glavni je nosilac energije za sva živa bića. U ljudima je ATP biokemijski način za pohranu i korištenje energije za svaku pojedinu stanicu u tijelu. ATP energija je također primarni izvor energije za druge životinje i biljke.
Struktura ATP molekula
ATP se sastoji od dušikove baze adenin, šećerne riboze s pet ugljika i tri fosfatne skupine: alfa, beta i gama. Veze između beta i gama fosfata posebno su visoke u energiji. Kad se te veze raskidaju, oslobađaju dovoljno energije da pokrenu niz staničnih odgovora i mehanizama.
Pretvaranje ATP-a u energiju
Kad god stanica treba energiju, ona prekida vezu beta-gama fosfata da bi stvorila adenozin difosfat (ADP) i slobodnu molekulu fosfata. Stanica pohranjuje višak energije kombinirajući ADP i fosfat dajući ATP. Stanice dobivaju energiju u obliku ATP postupkom koji se naziva disanje, nizom kemijskih reakcija koje oksidiraju glukozu sa šest ugljika i stvaraju ugljični dioksid.
Kako disanje djeluje
Postoje dvije vrste disanja: aerobno disanje i anaerobno disanje. Aerobno disanje odvija se kisikom i proizvodi velike količine energije, dok anaerobno disanje ne koristi kisik i proizvodi male količine energije.
Oksidacijom glukoze tijekom aerobnog disanja oslobađa se energija koja se zatim koristi za sintezu ATP-a iz ADP-a i anorganskog fosfata (Pi). Tijekom disanja umjesto glukoze sa šest ugljika mogu se koristiti i masti i proteini.
Aerobno disanje odvija se u mitohondrijima stanice i odvija se u tri faze: glikoliza, Krebsov ciklus i sustav citokroma.
ATP za vrijeme glikolize
Tijekom glikolize, koja se događa u citoplazmi, šestokarbonska glukoza razgrađuje se u dvije jedinice s tri ugljika piruvične kiseline. Uklonjeni vodikovi spajaju se s vodikovim nosačem NAD dajući NADH2. To rezultira neto dobitkom od 2 ATP. Piruvična kiselina ulazi u matricu mitohondriona i prolazi kroz oksidaciju, gubeći ugljični dioksid i stvarajući molekulu od dva ugljika nazvanu acetil CoA. Uzeti vodikovi udružuju se s NAD-om da bi stvorili NADH2.
ATP tijekom Krebsovog ciklusa
Krebsov ciklus, poznat i kao ciklus limunske kiseline, stvara visokoenergetske molekule NADH i flavin adenin dinukleotida (FADH2), plus neki ATP. Kad acetil CoA uđe u Krebsov ciklus, on se kombinira s četverokarbonskom kiselinom koja se naziva oksalooctena kiselina i stvara šestokarbonsku kiselinu koja se naziva limunska kiselina. Enzimi uzrokuju niz kemijskih reakcija, pretvarajući limunsku kiselinu i oslobađajući visokoenergijske elektrone u NAD. U jednoj od reakcija oslobađa se dovoljno energije za sintezu molekule ATP. Za svaku molekulu glukoze u sustav ulaze dvije molekule piruvične kiseline, što znači da nastaju dvije molekule ATP.
ATP tijekom citokromskog sustava
Sustav citokroma, poznat i kao sustav nosača vodika ili lanac prijenosa elektrona, dio je aerobnog procesa disanja koji proizvodi najviše ATP-a. Lanac prijenosa elektrona sastoji se od proteina na unutarnjoj membrani mitohondrija. NADH šalje vodikove ione i elektrone u lanac. Elektroni daju energiju proteinima u membrani, koji se zatim koriste za pumpanje vodikovih iona kroz membranu. Taj protok iona sintetizira ATP.
Ukupno je od jedne molekule glukoze stvoreno 38 molekula ATP.