Majhna molekula ATP, ki pomeni adenozin trifosfat, je glavni nosilec energije za vsa živa bitja. Pri ljudeh je ATP biokemični način za shranjevanje in porabo energije za vsako posamezno celico v telesu. Energija ATP je tudi primarni vir energije za druge živali in rastline.
Struktura molekule ATP
ATP sestavljajo dušikova baza adenin, petogljična riboza sladkorja in tri fosfatne skupine: alfa, beta in gama. Vezi med beta in gama fosfati so še posebej visoke v energiji. Ko se te vezi pretrgajo, sprostijo dovolj energije, da sprožijo vrsto celičnih odzivov in mehanizmov.
Pretvorba ATP v energijo
Kadar koli celica potrebuje energijo, pretrga beta-gama fosfatno vez in tako ustvari adenozin difosfat (ADP) in prosto molekulo fosfata. Celica shrani odvečno energijo s kombiniranjem ADP in fosfata, da tvori ATP. Celice dobijo energijo v obliki ATP s postopkom, imenovanim dihanje, niz kemičnih reakcij, ki oksidirajo šest-ogljikovo glukozo in tvorijo ogljikov dioksid.
Kako deluje dihanje
Obstajata dve vrsti dihanja: aerobno dihanje in anaerobno dihanje. Aerobno dihanje poteka s kisikom in proizvaja velike količine energije, medtem ko anaerobno dihanje ne uporablja kisika in proizvaja majhne količine energije.
Oksidacija glukoze med aerobnim dihanjem sprošča energijo, ki se nato uporablja za sintezo ATP iz ADP in anorganskega fosfata (Pi). Med dihanjem se lahko namesto glukoze s šestimi ogljiki uporabljajo tudi maščobe in beljakovine.
Aerobno dihanje poteka v mitohondrijih celice in poteka v treh stopnjah: glikoliza, Krebsov cikel in sistem citokroma.
ATP med glikolizo
Med glikolizo, ki se zgodi v citoplazmi, se glukoza s šestimi ogljiki razgradi v dve enoti s tremi ogljikovimi piruvičnimi kislinami. Odstranjeni vodiki se združijo z vodikovim nosilcem NAD, da nastane NADH2. Posledica tega je neto dobiček 2 ATP. Piruvična kislina vstopi v matriko mitohondrija in gre skozi oksidacijo, pri čemer izgubi ogljikov dioksid in tvori dvoogljično molekulo, imenovano acetil CoA. Odvzeti vodiki se združijo z NAD, da nastane NADH2.
ATP med Krebsovim ciklom
Krebsov cikel, znan tudi kot cikel citronske kisline, proizvaja visokoenergijske molekule NADH in flavin adenin dinukleotid (FADH2), plus nekaj ATP. Ko acetil CoA vstopi v Krebsov cikel, se kombinira s štiriogljikovo kislino, imenovano oksaloocetna kislina, da nastane šest-ogljikova kislina, imenovana citronska kislina. Encimi povzročajo vrsto kemičnih reakcij, ki pretvorijo citronsko kislino in sprostijo visokoenergijske elektrone v NAD. V eni od reakcij se sprosti dovolj energije za sintezo molekule ATP. Za vsako molekulo glukoze v sistem vstopata dve molekuli piruvične kisline, kar pomeni, da nastaneta dve molekuli ATP.
ATP med sistemom citokroma
Sistem citokroma, znan tudi kot sistem za prenos vodika ali veriga za prenos elektronov, je del aerobnega dihalnega procesa, ki proizvaja največ ATP. Elektronska transportna veriga je sestavljena iz beljakovin na notranji membrani mitohondrijev. NADH v verigo pošlje vodikove ione in elektrone. Elektroni dajejo energijo beljakovinam v membrani, ki se nato uporablja za črpanje vodikovih ionov čez membrano. Ta pretok ionov sintetizira ATP.
Skupaj iz ene molekule glukoze nastane 38 molekul ATP.