Ako funguje ATP?

Malá molekula ATP, ktorá znamená adenozíntrifosfát, je hlavným nosičom energie pre všetko živé. U ľudí je ATP biochemickým spôsobom skladovania a využívania energie pre každú jednu bunku v tele. Energia ATP je tiež primárnym zdrojom energie pre ďalšie zvieratá a rastliny.

ATP sa skladá z dusíkatej bázy adenínu, päťuhlíkového cukru ribózy a troch fosfátových skupín: alfa, beta a gama. Väzby medzi beta a gama fosfátmi sú obzvlášť vysokoenergetické. Keď sa tieto väzby rozpadnú, uvoľnia dostatok energie na spustenie celého radu bunkových reakcií a mechanizmov.

Kedykoľvek bunka potrebuje energiu, rozbije beta-gama fosfátovú väzbu a vytvorí adenozíndifosfát (ADP) a voľnú molekulu fosfátu. Bunka ukladá prebytočnú energiu kombináciou ADP a fosfátu za vzniku ATP. Bunky získavajú energiu vo forme ATP procesom nazývaným dýchanie, rad chemických reakcií oxidujúcich šesťuhlíkovú glukózu na oxid uhličitý.

Existujú dva typy dýchania: aeróbne dýchanie a anaeróbne dýchanie. Aeróbne dýchanie prebieha s kyslíkom a produkuje veľké množstvo energie, zatiaľ čo anaeróbne dýchanie nepoužíva kyslík a produkuje malé množstvo energie.

Oxidácia glukózy počas aeróbneho dýchania uvoľňuje energiu, ktorá sa potom používa na syntézu ATP z ADP a anorganického fosfátu (Pi). Počas dýchania sa môžu namiesto šesťuhlíkovej glukózy použiť aj tuky a bielkoviny.

Aeróbne dýchanie prebieha v mitochondriách bunky a prebieha v troch fázach: glykolýza, Krebsov cyklus a cytochrómový systém.

Počas glykolýzy, ktorá sa deje v cytoplazme, sa šesťuhlíková glukóza rozkladá na dve jednotky s tromi uhlíkmi kyselinou pyrohroznovou. Vodíky, ktoré sa odstránia, sa spoja s vodíkovým nosičom NAD, aby sa vytvoril NADH₂. Výsledkom je čistý zisk 2 ATP. Kyselina pyrohroznová vstupuje do matice mitochondrií a prechádza oxidáciou, stratou oxidu uhličitého a vytváraním dvojuhlíkovej molekuly nazývanej acetyl CoA. Vodíky, ktoré boli odobraté, sa spoja s NAD a vytvárajú NADH₂.

Krebsov cyklus, tiež známy ako cyklus kyseliny citrónovej, produkuje vysokoenergetické molekuly NADH a flavín-adenín-dinukleotid (FADH)₂), plus nejaké ATP. Keď acetyl CoA vstúpi do Krebsovho cyklu, skombinuje sa s kyselinou štvoruhlíkovou nazývanou kyselina oxaloctová, čím vznikne šesťuhlíková kyselina nazývaná kyselina citrónová. Enzýmy spôsobujú sériu chemických reakcií, konvertujú kyselinu citrónovú a uvoľňujú vysokoenergetické elektróny na NAD. V jednej z reakcií sa uvoľní dostatok energie na syntézu molekuly ATP. Pre každú molekulu glukózy vstupujú do systému dve molekuly kyseliny pyrohroznovej, čo znamená, že sa tvoria dve molekuly ATP.

Cytochrómový systém, tiež známy ako systém nosiča vodíka alebo reťazec prenosu elektrónov, je súčasťou procesu aeróbneho dýchania, pri ktorom sa produkuje najviac ATP. Elektrónový transportný reťazec je tvorený bielkovinami na vnútornej membráne mitochondrií. NADH vysiela do reťazca vodíkové ióny a elektróny. Elektróny dodávajú energiu bielkovinám v membráne, ktorá sa potom používa na prečerpávanie vodíkových iónov cez membránu. Tento tok iónov syntetizuje ATP.

Spolu je z jednej molekuly glukózy vytvorených 38 molekúl ATP.