Невелика молекула АТФ, що позначає аденозинтрифосфат, є основним носієм енергії для всього живого. У людини АТФ - це біохімічний спосіб накопичення та використання енергії для кожної окремо взятої клітини в організмі. Енергія АТФ також є основним джерелом енергії для інших тварин і рослин.
Структура молекули АТФ
АТФ складається з азотистої основи аденіну, п’ятивуглецевої цукрової рибози та трьох фосфатних груп: альфа, бета та гамма. Зв'язки між бета-та гамма-фосфатами особливо енергетичні. Коли ці зв'язки розриваються, вони виділяють достатньо енергії, щоб викликати цілий ряд клітинних реакцій і механізмів.
Перетворення АТФ в енергію
Всякий раз, коли клітині потрібна енергія, вона розриває зв’язок бета-гамма-фосфату, утворюючи аденозиндифосфат (АДФ) і вільну молекулу фосфату. Клітина зберігає надлишок енергії, поєднуючи АДФ і фосфат, утворюючи АТФ. Клітини отримують енергію у формі АТФ через процес, який називається диханням, серією хімічних реакцій, що окислюють шестивуглецеву глюкозу, утворюючи вуглекислий газ.
Як працює дихання
Існує два типи дихання: аеробне та анаеробне. Аеробне дихання відбувається з киснем і виробляє велику кількість енергії, тоді як анаеробне дихання не використовує кисень і виробляє невелику кількість енергії.
Окислення глюкози під час аеробного дихання виділяє енергію, яка потім використовується для синтезу АТФ з АДФ та неорганічного фосфату (Пі). Під час дихання замість шестивуглецевої глюкози також можна використовувати жири та білки.
Аеробне дихання відбувається в мітохондріях клітини і відбувається протягом трьох стадій: гліколізу, циклу Кребса та цитохромної системи.
АТФ під час гліколізу
Під час гліколізу, який відбувається в цитоплазмі, шестивуглецева глюкоза розпадається на дві тривуглецеві одиниці піровиноградної кислоти. Видалені водні з’єднуються з водневим носієм NAD, утворюючи NADH2. Це призводить до чистого приросту 2 АТФ. Піровиноградна кислота потрапляє в матрицю мітохондрії і проходить через окислення, втрачаючи вуглекислий газ і створюючи двовуглецеву молекулу, яка називається ацетил КоА. Відібрані водні з'єднуються з НАД, утворюючи НАДН2.
АТФ під час циклу Кребса
Цикл Кребса, також відомий як цикл лимонної кислоти, виробляє високоенергетичні молекули NADH і флавін-аденін-динуклеотид (FADH2), плюс деякі АТФ. Коли ацетил КоА вступає в цикл Кребса, він поєднується з чотиривуглецевою кислотою, яка називається оксалооцтовою кислотою, і утворює шестивуглецеву кислоту, що називається лимонна кислота. Ферменти викликають ряд хімічних реакцій, перетворюючи лимонну кислоту і виділяючи високоенергетичні електрони в НАД. В одній з реакцій виділяється достатня кількість енергії для синтезу молекули АТФ. Для кожної молекули глюкози в систему потрапляє дві молекули піровиноградної кислоти, тобто дві молекули АТФ утворюються.
АТФ під час цитохромної системи
Система цитохромів, також відома як система переносу водню або ланцюг передачі електронів, є частиною аеробного процесу дихання, що виробляє найбільше АТФ. Електронно-транспортний ланцюг утворений з білків на внутрішній мембрані мітохондрій. NADH посилає іони водню та електрони в ланцюг. Електрони віддають енергію білкам мембрани, яка потім використовується для накачування іонів водню через мембрану. Цей потік іонів синтезує АТФ.
Всього з однієї молекули глюкози створюється 38 молекул АТФ.