La piccola molecola ATP, che sta per adenosina trifosfato, è il principale vettore energetico per tutti gli esseri viventi. Negli esseri umani, l'ATP è un modo biochimico di immagazzinare e utilizzare l'energia per ogni singola cellula del corpo. L'energia ATP è anche la fonte di energia primaria per altri animali e piante.
Struttura della molecola di ATP
L'ATP è costituito dalla base azotata adenina, dal ribosio zuccherino a cinque atomi di carbonio e da tre gruppi fosfato: alfa, beta e gamma. I legami tra i fosfati beta e gamma sono particolarmente ricchi di energia. Quando questi legami si rompono, rilasciano energia sufficiente per innescare una serie di risposte e meccanismi cellulari.
Trasformare l'ATP in energia
Ogni volta che una cellula ha bisogno di energia, rompe il legame beta-gamma fosfato per creare adenosina difosfato (ADP) e una molecola di fosfato libera. Una cellula immagazzina l'energia in eccesso combinando ADP e fosfato per produrre ATP. Le cellule ottengono energia sotto forma di ATP attraverso un processo chiamato respirazione, una serie di reazioni chimiche che ossidano il glucosio a sei atomi di carbonio per formare anidride carbonica.
Come funziona la respirazione
Esistono due tipi di respirazione: la respirazione aerobica e la respirazione anaerobica. La respirazione aerobica avviene con ossigeno e produce grandi quantità di energia, mentre la respirazione anaerobica non utilizza ossigeno e produce piccole quantità di energia.
L'ossidazione del glucosio durante la respirazione aerobica rilascia energia, che viene poi utilizzata per sintetizzare ATP da ADP e fosfato inorganico (Pi). Grassi e proteine possono anche essere usati al posto del glucosio a sei atomi di carbonio durante la respirazione.
La respirazione aerobica avviene nei mitocondri di una cellula e avviene in tre fasi: glicolisi, ciclo di Krebs e sistema del citocromo.
ATP durante la glicolisi
Durante la glicolisi, che avviene nel citoplasma, il glucosio a sei atomi di carbonio si scompone in due unità di acido piruvico a tre atomi di carbonio. Gli idrogeni che vengono rimossi si uniscono al vettore di idrogeno NAD per produrre NADH2. Ciò si traduce in un guadagno netto di 2 ATP. L'acido piruvico entra nella matrice del mitocondrio e subisce l'ossidazione, perdendo anidride carbonica e creando una molecola a due atomi di carbonio chiamata acetil CoA. Gli idrogeni che sono stati portati via si uniscono al NAD per produrre NADH2.
ATP durante il ciclo di Krebs
Il ciclo di Krebs, noto anche come ciclo dell'acido citrico, produce molecole ad alta energia di NADH e flavina adenina dinucleotide (FADH2), più un po' di ATP. Quando l'acetil CoA entra nel ciclo di Krebs, si combina con un acido a quattro atomi di carbonio chiamato acido ossalacetico per produrre l'acido a sei atomi di carbonio chiamato acido citrico. Gli enzimi causano una serie di reazioni chimiche, convertendo l'acido citrico e rilasciando elettroni ad alta energia in NAD. In una delle reazioni, viene rilasciata energia sufficiente per sintetizzare una molecola di ATP. Per ogni molecola di glucosio ci sono due molecole di acido piruvico che entrano nel sistema, il che significa che si formano due molecole di ATP.
ATP durante il sistema del citocromo
Il sistema del citocromo, noto anche come sistema di trasporto dell'idrogeno o catena di trasferimento degli elettroni, è la parte del processo di respirazione aerobica che produce più ATP. La catena di trasporto degli elettroni è formata da proteine sulla membrana interna dei mitocondri. NADH invia ioni idrogeno ed elettroni nella catena. Gli elettroni forniscono energia alle proteine della membrana, che viene poi utilizzata per pompare ioni idrogeno attraverso la membrana. Questo flusso di ioni sintetizza ATP.
In totale, da una molecola di glucosio vengono create 38 molecole di ATP.
