Небольшая молекула АТФ, обозначающая аденозинтрифосфат, является основным энергоносителем для всего живого. У людей АТФ - это биохимический способ хранения и использования энергии каждой клеткой тела. Энергия АТФ также является основным источником энергии для других животных и растений.
Структура молекулы АТФ
АТФ состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродной сахарной рибозы и трех фосфатных групп: альфа, бета и гамма. Связи между бета- и гамма-фосфатами особенно высокоэнергетичны. Когда эти связи разрываются, они выделяют достаточно энергии, чтобы вызвать ряд клеточных реакций и механизмов.
Превращение АТФ в энергию
Когда клетке нужна энергия, она разрывает связь бета-гамма-фосфата, чтобы создать аденозиндифосфат (АДФ) и свободную молекулу фосфата. Клетка накапливает избыточную энергию, объединяя АДФ и фосфат, чтобы произвести АТФ. Клетки получают энергию в форме АТФ в процессе, называемом дыханием, серией химических реакций, окисляющих шестиуглеродную глюкозу с образованием углекислого газа.
Как работает дыхание
Есть два типа дыхания: аэробное дыхание и анаэробное дыхание. Аэробное дыхание происходит с кислородом и производит большое количество энергии, в то время как анаэробное дыхание не использует кислород и производит небольшое количество энергии.
Окисление глюкозы во время аэробного дыхания высвобождает энергию, которая затем используется для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата (Pi). Жиры и белки также могут быть использованы вместо шестиуглеродной глюкозы во время дыхания.
Аэробное дыхание происходит в митохондриях клетки и состоит из трех стадий: гликолиза, цикла Кребса и системы цитохрома.
АТФ во время гликолиза
Во время гликолиза, который происходит в цитоплазме, шестиуглеродная глюкоза распадается на две трехуглеродные единицы пировиноградной кислоты. Удаляемые водороды соединяются с водородным носителем НАД, образуя НАДН.2. Это приводит к чистой прибыли 2 АТФ. Пировиноградная кислота проникает в матрицу митохондрии и проходит процесс окисления, теряя углекислый газ и создавая двухуглеродную молекулу, называемую ацетил-КоА. Отнятые водороды соединяются с НАД, образуя НАДН.2.
АТФ во время цикла Кребса
Цикл Кребса, также известный как цикл лимонной кислоты, производит высокоэнергетические молекулы НАДН и флавинадениндинуклеотид (ФАДН2) плюс немного АТФ. Когда ацетил-КоА входит в цикл Кребса, он соединяется с четырехуглеродной кислотой, называемой щавелевоуксусной кислотой, с образованием шестиуглеродной кислоты, называемой лимонной кислотой. Ферменты вызывают серию химических реакций, превращая лимонную кислоту и высвобождая электроны высокой энергии в НАД. В одной из реакций выделяется достаточно энергии для синтеза молекулы АТФ. Для каждой молекулы глюкозы в систему входят две молекулы пировиноградной кислоты, то есть образуются две молекулы АТФ.
АТФ в системе цитохрома
Система цитохрома, также известная как система-переносчик водорода или цепь переноса электронов, является частью процесса аэробного дыхания, который производит наибольшее количество АТФ. Цепь переноса электронов образована белками внутренней мембраны митохондрий. НАДН отправляет в цепочку ионы водорода и электроны. Электроны передают энергию белкам в мембране, которая затем используется для перекачки ионов водорода через мембрану. Этот поток ионов синтезирует АТФ.
Всего из одной молекулы глюкозы создается 38 молекул АТФ.