Hogyan működik az ATP?

A kis molekula ATP, amely az adenozin-trifoszfátot jelenti, minden élőlény fő energiahordozója. Emberben az ATP biokémiai módszer az energia tárolására és felhasználására a test minden egyes sejtjéhez. Az ATP energia más állatok és növények elsődleges energiaforrása is.

Az ATP a nitrogén alapú adeninből, az öt szénatomot tartalmazó cukor ribózból és három foszfát csoportból áll: alfa, béta és gamma. A béta- és gamma-foszfátok közötti kötések energiája különösen magas. Amikor ezek a kötések megszakadnak, elegendő energiát szabadítanak fel, hogy számos sejtes reakciót és mechanizmust kiváltsanak.

Amikor egy sejtnek szüksége van energiára, megszakítja a béta-gamma foszfátkötést, hogy adenozin-difoszfátot (ADP) és szabad foszfátmolekulát hozzon létre. Egy sejt az ADP és a foszfát kombinálásával tárolja a felesleges energiát az ATP előállításához. A sejtek ATP formájában energiát nyernek a légzésnek nevezett folyamat révén, amely kémiai reakciók sora hat szén-dioxid-glükózt oxidálva szén-dioxiddá alakul.

Kétféle légzés létezik: aerob légzés és anaerob légzés. Az aerob légzés oxigénnel történik, és nagy mennyiségű energiát termel, míg az anaerob légzés nem használ oxigént, és kis mennyiségű energiát termel.

Az aerob légzés során a glükóz oxidációja energiát szabadít fel, amelyet azután ADP-ből és szervetlen foszfátból (Pi) szintetizálnak. Zsírokat és fehérjéket is lehet használni a szén-dioxid-glükóz helyett a légzés során.

Az aerob légzés a sejt mitokondriumában megy végbe, és három szakaszban történik: glikolízis, Krebs-ciklus és citokróm rendszer.

A glikolízis során, amely a citoplazmában történik, a hatszénes glükóz két három szénatomos pironsav egységre bomlik. Az eltávolított hidrogének csatlakoznak a NAD hidrogénhordozóhoz, így NADH-t kapnak₂. Ez 2 ATP nettó nyereséget eredményez. A pironsav belép a mitokondrium mátrixába, és oxidáción megy keresztül, elvesztve egy szén-dioxidot, és létrehoz egy két szénatomos molekulát, az úgynevezett acetil-CoA-t. Az elvitt hidrogének csatlakoznak a NAD-hoz, hogy NADH-t állítsanak elő₂.

A Krebs-ciklus, más néven citromsav-ciklus, nagy energiájú NADH-molekulákat és flavin-adenin-dinukleotidokat (FADH) termel₂), valamint néhány ATP. Amikor az acetil-CoA belép a Krebs-ciklusba, az oxalo-ecetsavnak nevezett négyszénsavval kombinálva a hatszénsavat citromsavvá alakítja. Az enzimek kémiai reakciók sorozatát idézik elő, átalakítják a citromsavat és nagy energiájú elektronokat szabadítanak fel NAD-dá. Az egyik reakcióban elegendő energia szabadul fel az ATP-molekula szintetizálásához. Minden egyes glükózmolekulához két piroszavmolekula lép be a rendszerbe, vagyis két ATP-molekula képződik.

A citokróm rendszer, más néven hidrogénhordozó rendszer vagy elektrontranszferlánc, az aerob légzési folyamat azon része, amely a legtöbb ATP-t termeli. Az elektrontranszportlánc a mitokondrium belső membránján lévő fehérjékből képződik. A NADH hidrogénionokat és elektronokat küld a láncba. Az elektronok energiát adnak a membrán fehérjéinek, amelyet aztán hidrogénionok szivattyúzására használnak a membránon. Ez az ionáram szintetizálja az ATP-t.

Összesen 38 ATP molekula jön létre egy glükóz molekulából.