Mažoji ATP molekulė, kuri reiškia adenozino trifosfatą, yra pagrindinis visų gyvųjų energijos nešėjas. Žmonėms ATP yra biocheminis būdas kaupti ir naudoti energiją kiekvienai kūno ląstelei. ATP energija taip pat yra pagrindinis kitų gyvūnų ir augalų energijos šaltinis.
ATP molekulių struktūra
ATP susideda iš azoto bazės adenino, penkių anglies cukraus ribozės ir trijų fosfatų grupių: alfa, beta ir gama. Ryšiai tarp beta ir gama fosfatų turi ypač daug energijos. Kai šios jungtys nutrūksta, jos išleidžia pakankamai energijos, kad sukeltų įvairius ląstelių atsakus ir mechanizmus.
ATP pavertimas energija
Kai ląstelei reikia energijos, ji nutraukia beta-gama fosfato ryšį, kad sukurtų adenozino difosfatą (ADP) ir laisvą fosfato molekulę. Ląstelė kaupia perteklinę energiją, derindama ADP ir fosfatą, kad gautų ATP. Ląstelės energiją ATP pavidalu gauna per procesą, vadinamą kvėpavimu - cheminių reakcijų serija, kuri oksiduoja šešių anglių gliukozę, kad susidarytų anglies dioksidas.
Kaip veikia kvėpavimas
Yra du kvėpavimo tipai: aerobinis ir anaerobinis kvėpavimas. Aerobinis kvėpavimas vyksta deguonimi ir gamina didelius energijos kiekius, o anaerobinis kvėpavimas nenaudoja deguonies ir gamina nedidelius energijos kiekius.
Gliukozės oksidacija aerobinio kvėpavimo metu išskiria energiją, kuri vėliau naudojama sintezuojant ATP iš ADP ir neorganinio fosfato (Pi). Kvėpavimo metu vietoj šešių anglies gliukozės medžiagų taip pat gali būti naudojami riebalai ir baltymai.
Aerobinis kvėpavimas vyksta ląstelės mitochondrijose ir vyksta trimis etapais: glikolizės, Krebso ciklo ir citochromo sistemos.
ATP glikolizės metu
Glikolizės metu, kuri vyksta citoplazmoje, šešių anglių gliukozė suskaidoma į du trijų anglių piruvino rūgšties vienetus. Pašalinti vandeniliai susijungia su vandenilio nešikliu NAD, kad gautų NADH2. Tai lemia 2 ATP grynąjį pelną. Piruvinė rūgštis patenka į mitochondrijos matricą ir praeina oksidaciją, prarandama anglies dioksidas ir sukuriama dviejų anglių molekulė, vadinama acetil CoA. Paimti vandeniliai prisijungia prie NAD, kad pagamintų NADH2.
ATP Krebso ciklo metu
Krebso ciklas, taip pat žinomas kaip citrinos rūgšties ciklas, gamina didelės energijos NADH ir flavino adenino dinukleotido (FADH) molekules2), taip pat šiek tiek ATP. Kai acetilo CoA patenka į Krebso ciklą, jis susijungia su keturių anglių rūgštimi, vadinama oksaloacto rūgštimi, kad gautųsi šešių anglių rūgštis, vadinama citrinos rūgštimi. Fermentai sukelia daugybę cheminių reakcijų, paverčiant citrinos rūgštį ir išskiriant didelės energijos elektronus į NAD. Vienoje iš reakcijų išsiskiria pakankamai energijos ATP molekulei sintetinti. Kiekvienai gliukozės molekulei į sistemą patenka dvi piruvino rūgšties molekulės, vadinasi, susidaro dvi ATP molekulės.
ATP citochrominės sistemos metu
Citochromo sistema, dar vadinama vandenilio nešiklio sistema arba elektronų perdavimo grandine, yra aerobinio kvėpavimo proceso dalis, sukelianti daugiausia ATP. Elektronų transportavimo grandinė susidaro iš baltymų, esančių ant mitochondrijų vidinės membranos. NADH siunčia vandenilio jonus ir elektronus į grandinę. Elektronai suteikia energijos membranos baltymams, kurie vėliau naudojami vandenilio jonų pumpavimui per membraną. Šis jonų srautas sintetina ATP.
Iš viso iš vienos gliukozės molekulės sukuriama 38 ATP molekulės.