Kā darbojas ATP?

Mazā molekula ATP, kas apzīmē adenozīntrifosfātu, ir galvenais enerģijas nesējs visām dzīvajām būtnēm. Cilvēkiem ATP ir bioķīmisks enerģijas uzkrāšanas un izmantošanas veids katrai atsevišķai ķermeņa šūnai. ATP enerģija ir arī primārais enerģijas avots citiem dzīvniekiem un augiem.

ATP veido slāpekļa bāzes adenīns, piecu oglekļa cukura riboze un trīs fosfātu grupas: alfa, beta un gamma. Saites starp beta un gamma fosfātiem ir īpaši augstas enerģijas. Kad šīs saites pārtrūkst, tās atbrīvo pietiekami daudz enerģijas, lai izraisītu virkni šūnu reakciju un mehānismu.

Kad vien šūnai nepieciešama enerģija, tā pārtrauc beta-gamma fosfāta saiti, lai izveidotu adenozīna difosfātu (ADP) un brīvu fosfāta molekulu. Šūna uzkrāj lieko enerģiju, apvienojot ADP un fosfātu, lai iegūtu ATP. Šūnas iegūst enerģiju ATP formā, izmantojot procesu, ko sauc par elpošanu - virkni ķīmisko reakciju, kas oksidē sešu oglekļa glikozi, veidojot oglekļa dioksīdu.

Ir divi elpošanas veidi: aerobā elpošana un anaerobā elpošana. Aerobā elpošana notiek ar skābekli un rada lielu enerģijas daudzumu, savukārt anaerobā elpošana neizmanto skābekli un rada nelielu enerģijas daudzumu.

Glikozes oksidēšanās aerobās elpošanas laikā atbrīvo enerģiju, ko pēc tam izmanto, lai sintezētu ATP no ADP un neorganiskā fosfāta (Pi). Elpošanas laikā sešu oglekļa glikozes vietā var izmantot arī taukus un olbaltumvielas.

Aerobā elpošana notiek šūnu mitohondrijos un notiek trīs posmos: glikolīzē, Krebsa ciklā un citohroma sistēmā.

Glikolīzes laikā, kas notiek citoplazmā, sešu oglekļa glikoze sadalās divās trīs oglekļa pirovīnskābes vienībās. Noņemtie ūdeņraži savienojas ar ūdeņraža nesēju NAD, veidojot NADH₂. Tā rezultātā neto pieaugums ir 2 ATP. Pirovīnskābe nonāk mitohondriju matricā un iet cauri oksidācijai, zaudējot oglekļa dioksīdu un izveidojot divu oglekļa molekulu, ko sauc par acetil CoA. Atņemtie ūdeņraži pievienojas NAD, lai izveidotu NADH₂.

Krebsa cikls, kas pazīstams arī kā citronskābes cikls, ražo NADH un flavīna adenīna dinukleotīda (FADH) augstas enerģijas molekulas₂), kā arī daži ATP. Kad acetils CoA nonāk Krebsa ciklā, tas apvienojas ar četru oglekļa skābi, ko sauc par oksaloetiķskābi, lai izveidotu sešu oglekļa skābi, ko sauc par citronskābi. Fermenti izraisa virkni ķīmisku reakciju, pārveidojot citronskābi un atbrīvojot augstas enerģijas elektronus NAD. Vienā no reakcijām tiek atbrīvots pietiekami daudz enerģijas, lai sintezētu ATP molekulu. Katrai glikozes molekulai sistēmā ir divas pirovīnskābes molekulas, kas nozīmē, ka tiek veidotas divas ATP molekulas.

Citohroma sistēma, kas pazīstama arī kā ūdeņraža nesēja sistēma vai elektronu pārneses ķēde, ir aerobās elpošanas procesa daļa, kas rada visvairāk ATP. Elektronu transporta ķēde tiek veidota no olbaltumvielām uz mitohondriju iekšējās membrānas. NADH ķēdē sūta ūdeņraža jonus un elektronus. Elektroni dod enerģiju membrānas olbaltumvielām, ko pēc tam izmanto ūdeņraža jonu sūknēšanai pa membrānu. Šī jonu plūsma sintezē ATP.

Kopumā no vienas glikozes molekulas tiek izveidotas 38 ATP molekulas.