Jak działa ATP?

Mała cząsteczka ATP, która jest skrótem od trifosforanu adenozyny, jest głównym nośnikiem energii dla wszystkich żywych organizmów. U ludzi ATP to biochemiczny sposób przechowywania i wykorzystywania energii dla każdej komórki w ciele. Energia ATP jest również podstawowym źródłem energii dla innych zwierząt i roślin.

ATP składa się z azotowej adeniny, pięciowęglowej rybozy cukrowej i trzech grup fosforanowych: alfa, beta i gamma. Wiązania między fosforanami beta i gamma są szczególnie wysokoenergetyczne. Kiedy te wiązania pękają, uwalniają wystarczającą ilość energii, aby wywołać szereg reakcji i mechanizmów komórkowych.

Ilekroć komórka potrzebuje energii, rozrywa wiązanie fosforanowe beta-gamma, tworząc adenozynodifosforan (ADP) i wolną cząsteczkę fosforanu. Komórka przechowuje nadmiar energii, łącząc ADP i fosforany w celu wytworzenia ATP. Komórki uzyskują energię w postaci ATP w procesie zwanym oddychaniem, serią reakcji chemicznych, w których sześciowęglowa glukoza utlenia się do dwutlenku węgla.

Istnieją dwa rodzaje oddychania: oddychanie tlenowe i oddychanie beztlenowe. Oddychanie tlenowe odbywa się z tlenem i wytwarza duże ilości energii, podczas gdy oddychanie beztlenowe nie zużywa tlenu i wytwarza niewielkie ilości energii.

Utlenianie glukozy podczas oddychania tlenowego uwalnia energię, która jest następnie wykorzystywana do syntezy ATP z ADP i nieorganicznego fosforanu (Pi). Podczas oddychania zamiast sześciowęglowej glukozy można również stosować tłuszcze i białka.

Oddychanie tlenowe odbywa się w mitochondriach komórki i składa się z trzech etapów: glikolizy, cyklu Krebsa i układu cytochromowego.

Podczas glikolizy, która zachodzi w cytoplazmie, sześciowęglowa glukoza rozkłada się na dwie trójwęglowe jednostki kwasu pirogronowego. Usuwane wodory łączą się z nośnikiem wodoru NAD, tworząc NADH₂. Daje to zysk netto w wysokości 2 ATP. Kwas pirogronowy wchodzi do macierzy mitochondrium i przechodzi przez utlenianie, tracąc dwutlenek węgla i tworząc dwuwęglową cząsteczkę zwaną acetylo-CoA. Odebrane wodory łączą się z NAD, tworząc NADH₂.

Cykl Krebsa, znany również jako cykl kwasu cytrynowego, wytwarza wysokoenergetyczne cząsteczki NADH i dinukleotydu flawinoadeninowego (FADH₂), plus trochę ATP. Kiedy acetylo-CoA wchodzi w cykl Krebsa, łączy się z czterowęglowym kwasem zwanym kwasem szczawiooctowym, tworząc sześciowęglowy kwas zwany kwasem cytrynowym. Enzymy wywołują szereg reakcji chemicznych, przekształcając kwas cytrynowy i uwalniając elektrony o wysokiej energii do NAD. W jednej z reakcji uwalniana jest wystarczająca ilość energii, aby zsyntetyzować cząsteczkę ATP. Na każdą cząsteczkę glukozy wchodzą dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, co oznacza, że ​​powstają dwie cząsteczki ATP.

System cytochromowy, znany również jako system nośników wodoru lub łańcuch przenoszenia elektronów, jest częścią procesu oddychania tlenowego, który wytwarza najwięcej ATP. Łańcuch transportu elektronów składa się z białek na wewnętrznej błonie mitochondriów. NADH wysyła jony wodoru i elektrony do łańcucha. Elektrony przekazują energię białkom w błonie, która jest następnie wykorzystywana do pompowania jonów wodorowych przez błonę. Ten przepływ jonów syntetyzuje ATP.

W sumie z jednej cząsteczki glukozy powstaje 38 cząsteczek ATP.