Hur fungerar ATP?

Den lilla molekylen ATP, som står för adenosintrifosfat, är den huvudsakliga energibäraren för alla levande saker. Hos människor är ATP ett biokemiskt sätt att lagra och använda energi för varje cell i kroppen. ATP-energi är också den primära energikällan för andra djur och växter.

ATP består av den kvävehaltiga adeninen, sockerribben med fem kol och tre fosfatgrupper: alfa, beta och gamma. Bindningarna mellan beta- och gammafosfaterna har särskilt hög energi. När dessa bindningar går sönder släpper de tillräckligt med energi för att utlösa en rad cellulära svar och mekanismer.

När en cell behöver energi bryter den beta-gamma-fosfatbindningen för att skapa adenosindifosfat (ADP) och en fri fosfatmolekyl. En cell lagrar överflödig energi genom att kombinera ADP och fosfat för att göra ATP. Celler får energi i form av ATP genom en process som kallas andning, en serie kemiska reaktioner som oxiderar sexkolglukos för att bilda koldioxid.

Det finns två typer av andning: aerob andning och anaerob andning. Aerob andning sker med syre och producerar stora mängder energi, medan anaerob andning inte använder syre och producerar små mängder energi.

Oxidationen av glukos under aerob andning frigör energi, som sedan används för att syntetisera ATP från ADP och oorganiskt fosfat (Pi). Fetter och proteiner kan också användas istället för sexkolglukos under andningen.

Aerob andning äger rum i mitokondrier i en cell och sker över tre steg: glykolys, Krebs-cykeln och cytokrom-systemet.

Under glykolys, som händer i cytoplasman, bryts sexkolglukos ner till två pyruvsyraenheter med tre kol. Vätena som avlägsnas sammanfogar vätebäraren NAD för att framställa NADH₂. Detta resulterar i en nettovinst på 2 ATP. Pyruvinsyran kommer in i mitokondrionens matris och genomgår oxidation, förlorar en koldioxid och skapar en tvåkolmolekyl som kallas acetyl CoA. Väten som har tagits bort går med NAD för att göra NADH₂.

Krebs-cykeln, även känd som citronsyracykeln, producerar högenergimolekyler av NADH och flavinadenindinukleotid (FADH₂), plus lite ATP. När acetyl CoA går in i Krebs-cykeln kombineras den med en fyrkolsyra som kallas oxaloättiksyra för att göra sexkolsyra som kallas citronsyra. Enzymer orsakar en serie kemiska reaktioner, som omvandlar citronsyra och frigör elektroner med hög energi till NAD. I en av reaktionerna frigörs tillräckligt med energi för att syntetisera en ATP-molekyl. För varje glukosmolekyl finns två pyruvinsyramolekyler som kommer in i systemet, vilket innebär att två ATP-molekyler bildas.

Cytokromsystemet, även känt som vätebärarsystemet eller elektronöverföringskedjan, är den del av den aeroba andningsprocessen som ger mest ATP. Elektrontransportkedjan bildas av proteiner på mitokondriernas inre membran. NADH skickar vätejoner och elektroner in i kedjan. Elektronerna ger energi till proteinerna i membranet, som sedan används för att pumpa vätejoner över membranet. Detta jonflöde syntetiserar ATP.

Sammanlagt skapas 38 ATP-molekyler från en glukosmolekyl.