Hvordan fungerer ATP?

Det lille molekylet ATP, som står for adenosintrifosfat, er den viktigste energibæreren for alle levende ting. Hos mennesker er ATP en biokjemisk måte å lagre og bruke energi på hver eneste celle i kroppen. ATP-energi er også den primære energikilden for andre dyr og planter.

ATP består av den nitrogenholdige basen adenin, fem-karbon sukker ribose og tre fosfatgrupper: alfa, beta og gamma. Bindinger mellom beta- og gammafosfater har spesielt høy energi. Når disse bindingene går i stykker, frigjør de nok energi til å utløse en rekke cellulære responser og mekanismer.

Når en celle trenger energi, bryter den beta-gamma fosfatbinding for å skape adenosindifosfat (ADP) og et fritt fosfatmolekyl. En celle lagrer overflødig energi ved å kombinere ADP og fosfat for å lage ATP. Celler får energi i form av ATP gjennom en prosess som kalles respirasjon, en serie kjemiske reaksjoner som oksiderer seks-karbon glukose for å danne karbondioksid.

Det er to typer respirasjon: aerob respirasjon og anaerob respirasjon. Aerob respirasjon foregår med oksygen og produserer store mengder energi, mens anaerob respirasjon ikke bruker oksygen og produserer små mengder energi.

Oksidasjonen av glukose under aerob respirasjon frigjør energi, som deretter brukes til å syntetisere ATP fra ADP og uorganisk fosfat (Pi). Fett og proteiner kan også brukes i stedet for seks-karbon glukose under respirasjon.

Aerob respirasjon finner sted i mitokondriene i en celle og forekommer over tre trinn: glykolyse, Krebs-syklusen og cytokromsystemet.

Under glykolyse, som skjer i cytoplasmaet, brytes seks-karbon glukose ned i to tre-karbon pyruvsyre-enheter. Hydrogenene som fjernes går sammen med hydrogenbæreren NAD for å lage NADH₂. Dette resulterer i en nettogevinst på 2 ATP. Pyruvinsyren kommer inn i matokondrionens matrise og går gjennom oksidasjon, mister et karbondioksid og skaper et to-karbonmolekyl som kalles acetyl CoA. Hydrogenene som er tatt bort slutter seg til NAD for å lage NADH₂.

Krebs-syklusen, også kjent som sitronsyresyklusen, produserer høyenergimolekyler av NADH og flavin-adenin-dinukleotid (FADH₂), pluss litt ATP. Når acetyl CoA går inn i Krebs-syklusen, kombineres det med en fire-karbonsyre kalt oksaloeddiksyre for å lage seks-karbonsyren kalt sitronsyre. Enzymer forårsaker en rekke kjemiske reaksjoner, som omdanner sitronsyre og frigjør høyenergielektroner til NAD. I en av reaksjonene frigjøres nok energi til å syntetisere et ATP-molekyl. For hvert glukosemolekyl er det to pyruvinsyremolekyler som kommer inn i systemet, noe som betyr at det dannes to ATP-molekyler.

Cytokromsystemet, også kjent som hydrogenbærersystemet eller elektronoverføringskjeden, er den delen av den aerobe respirasjonsprosessen som gir mest ATP. Elektrontransportkjeden er dannet av proteiner på mitokondriens indre membran. NADH sender hydrogenioner og elektroner inn i kjeden. Elektronene gir energi til proteinene i membranen, som deretter brukes til å pumpe hydrogenioner over membranen. Denne strømmen av ioner syntetiserer ATP.

Til sammen blir 38 ATP-molekyler opprettet fra ett glukosemolekyl.