โมเลกุลขนาดเล็ก ATP ซึ่งย่อมาจาก adenosine triphosphate เป็นพาหะพลังงานหลักสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ในมนุษย์ ATP เป็นวิธีการทางชีวเคมีในการจัดเก็บและใช้พลังงานสำหรับทุกเซลล์ในร่างกาย พลังงานเอทีพียังเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสัตว์และพืชอื่นๆ
โครงสร้างโมเลกุลเอทีพี
เอทีพีประกอบด้วยอะดีนีนที่เป็นเบสไนโตรเจน น้ำตาลไรโบสห้าคาร์บอน และกลุ่มฟอสเฟตสามกลุ่ม: อัลฟา เบต้า และแกมมา พันธะระหว่างเบตาและแกมมาฟอสเฟตมีพลังงานสูงเป็นพิเศษ เมื่อพันธะเหล่านี้แตกออก พวกมันจะปล่อยพลังงานมากพอที่จะกระตุ้นการตอบสนองและกลไกต่างๆ ของเซลล์
เปลี่ยน ATP เป็นพลังงาน
เมื่อใดก็ตามที่เซลล์ต้องการพลังงาน มันจะทำลายพันธะเบตาแกมมาฟอสเฟตเพื่อสร้างอะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) และโมเลกุลฟอสเฟตอิสระ เซลล์เก็บพลังงานส่วนเกินโดยการรวม ADP และฟอสเฟตเพื่อสร้าง ATP เซลล์ได้รับพลังงานในรูปของ ATP ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการหายใจ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเคมีหลายชุดที่ออกซิไดซ์น้ำตาลกลูโคส 6 คาร์บอนเพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์
การหายใจทำงานอย่างไร
การหายใจมีสองประเภท: การหายใจแบบใช้ออกซิเจนและการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน การหายใจแบบใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นกับออกซิเจนและให้พลังงานจำนวนมาก ในขณะที่การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะไม่ใช้ออกซิเจนและให้พลังงานเพียงเล็กน้อย
การเกิดออกซิเดชันของกลูโคสระหว่างการหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะปล่อยพลังงานออกมา จากนั้นจึงนำไปใช้เพื่อสังเคราะห์ ATP จาก ADP และอนินทรีย์ฟอสเฟต (Pi) อาจใช้ไขมันและโปรตีนแทนน้ำตาลกลูโคส 6 คาร์บอนระหว่างการหายใจ
การหายใจแบบใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์และเกิดขึ้นในสามขั้นตอน: ไกลโคไลซิส วงจรเครบส์ และระบบไซโตโครม
ATP ระหว่างไกลโคไลซิส
ในระหว่างการไกลโคไลซิสซึ่งเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม กลูโคสคาร์บอน 6 ตัวจะแตกตัวเป็นหน่วยกรดไพรูวิกสามคาร์บอนสองหน่วย ไฮโดรเจนที่ถูกกำจัดออกไปจะรวมกับ NAD ตัวพาไฮโดรเจนเพื่อสร้าง NADH2. ส่งผลให้ได้กำไรสุทธิ 2 ATP กรดไพรูวิกเข้าสู่เมทริกซ์ของไมโตคอนเดรียและผ่านกระบวนการออกซิเดชัน สูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์และสร้างโมเลกุลคาร์บอนสองชนิดที่เรียกว่าอะเซทิลโคเอ ไฮโดรเจนที่ถูกกำจัดออกไปจะร่วมกับ NAD เพื่อสร้าง NADH2.
ATP ระหว่าง Krebs Cycle
วัฏจักรเครบส์หรือที่เรียกว่าวัฏจักรกรดซิตริก ทำให้เกิดโมเลกุลพลังงานสูงของ NADH และฟลาวิน อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ (FADH)2) บวก ATP บางส่วน เมื่อ acetyl CoA เข้าสู่วงจร Krebs จะรวมกรดสี่คาร์บอนที่เรียกว่ากรดออกซาโลอะซิติกเพื่อสร้างกรดคาร์บอน 6 ที่เรียกว่ากรดซิตริก เอนไซม์ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นชุด โดยเปลี่ยนกรดซิตริกและปล่อยอิเล็กตรอนพลังงานสูงไปเป็น NAD ในปฏิกิริยาใดปฏิกิริยาหนึ่ง พลังงานที่เพียงพอจะถูกปลดปล่อยออกมาเพื่อสังเคราะห์โมเลกุล ATP สำหรับโมเลกุลของกลูโคสแต่ละโมเลกุล จะมีโมเลกุลของกรดไพรูวิกสองตัวที่เข้าสู่ระบบ ซึ่งหมายความว่าโมเลกุล ATP สองโมเลกุลจะก่อตัวขึ้น
ATP ระหว่างระบบ Cytochrome
ระบบไซโตโครมหรือที่เรียกว่าระบบพาหะไฮโดรเจนหรือสายโซ่ถ่ายโอนอิเล็กตรอน เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจนที่สร้าง ATP มากที่สุด ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนประกอบด้วยโปรตีนบนเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย NADH ส่งไฮโดรเจนไอออนและอิเล็กตรอนเข้าไปในสายโซ่ อิเล็กตรอนให้พลังงานแก่โปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งจากนั้นใช้ปั๊มไฮโดรเจนไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การไหลของไอออนนี้สังเคราะห์ ATP
ทั้งหมด 38 โมเลกุล ATP ถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล