ATP | נשימה תאית בבני אדם

ה-ATP

אדנוזין טריפוספט (ATP) הוא נושא האנרגיה של גוף האדם. כל האנרגיה הנובעת מנשימה תאית נשמרת בתחילה באופן זמני בצורה של ATP. הגוף יכול להשתמש באנרגיה זו רק אם היא זמינה בצורה של מולקולת ATP. כאשר האנרגיה של מולקולת ATP נצרכת, ה- ATP הופך לאדנוזין דיפוספט (ADP), לפיו קבוצת פוספט אחת של המולקולה מפוצלת ואנרגיה משתחררת. נשימה של תאים או ייצור אנרגיה משרתים את המטרה של התחדשות מתמדת של ה- ATP מה- ADP כביכול, כך שהגוף יוכל להשתמש בו שוב.

משוואת תגובה

בשל העובדה שחומצות שומן הן באורכים שונים ולחומצות אמיניות יש גם מבנים שונים מאוד, לא ניתן לערוך משוואה פשוטה לשתי קבוצות אלה כדי לאפיין במדויק את תפוקת האנרגיה שלהן בנשימה התאית. הסיבה לכך היא שכל שינוי מבני יכול לקבוע באיזה שלב של מחזור הציטראט משולבת חומצת האמינו. פירוק חומצות השומן במה שמכונה חמצון בטא תלוי באורך שלהן.

ככל שחומצות השומן ארוכות יותר, כך ניתן לצבור מהן יותר אנרגיה. זה עדיין משתנה בין חומצות שומן רוויות ובלתי רוויות, לפיהן בלתי רוויות מספקות פחות אנרגיה לפחות, אם יש להן אותה כמות. מהסיבות שכבר הוזכרו ניתן לתאר משוואה בצורה הטובה ביותר לפירוק הגלוקוז. בתהליך, מולקולת גלוקוז אחת (C6H12O6) ו- 6 מולקולות חמצן (O2) משולבות ליצירת 6 מולקולות פחמן דו חמצני (CO2) ו- 6 מולקולות מים (H2O):

  • C6H12O6 + 6 O2 הופכים ל 6 CO2 + 6 H2O

מהי גליקוליזה?

גליקוליזה מתייחס לפיצול הגלוקוז, כלומר דקסטרוז. מסלול מטבולי זה מתרחש בתאים אנושיים כמו גם באחרים, למשל בשמרים במהלך התסיסה. המקום בו התאים מבצעים גליקוליזה הוא פלזמת התאים.

כאן, אנזימים קיימים המאיצים את תגובות הגליקוליזה, הן לסינתזה ישירה של ATP והן לספק את המצעים למחזור הציטראט. תהליך זה מייצר אנרגיה בצורת שתי מולקולות של ATP ושתי מולקולות של NADH + H +. יחד עם מחזור הציטראט ושרשרת הנשימה, שניהם ממוקמים במיטוכונדריון, הגליקוליזה מייצגת את מסלול ההשפלה מגלוקוז הסוכר הפשוט למוביל האנרגיה האוניברסלי ATP.

הגליקוליזה מתרחשת בציטוזול של כל תאי החי והצומח. התוצר הסופי של הגליקוליזה הוא פירובטה, אשר לאחר מכן ניתן להכניס למחזור הציטראט באמצעות שלב ביניים. בסך הכל, 2 ATP לכל מולקולת גלוקוז משמשים בגליקוליזה לביצוע התגובות.

עם זאת, מתקבלים 4 ATP, כך שלמעשה יש רווח נקי של 2 מולקולות ATP. הגליקוליזה לוקח עשרה שלבי תגובה עד שסוכר עם 6 אטומי פחמן הופך לשתי מולקולות של פירובטה, שכל אחד מהם מורכב משלושה אטומי פחמן. בארבעת שלבי התגובה הראשונים, הסוכר הופך ל פרוקטוז-1,6-ביספוספט בעזרת שני פוספטים וסידור מחדש.

סוכר פעיל זה מחולק כעת לשתי מולקולות עם כל אחת משלושה אטומי פחמן. סידורים נוספים והסרת שתי קבוצות הפוספט גורמים לבסוף לשני פירובטים. אם חמצן (O2) זמין כעת, ה- פירובטה ניתן לעבור חילוף חומרים נוסף לאצטיל-CoA ולהכניסו למחזור הציטראט.

בסך הכל, לגליקוליזה עם 2 מולקולות של ATP ו- 2 מולקולות של NADH + H + תשואה אנרגטית נמוכה יחסית. עם זאת, הוא מספק בסיס להתמוטטות נוספת של הסוכר ולכן הוא חיוני לייצור ATP בנשימה תאית. בשלב זה כדאי להפריד בין גליקוליזה אירובית ואנאירובית.

גליקוליזה אירובית מובילה לפירובט שתואר לעיל, אשר לאחר מכן יכול לשמש לייצור אנרגיה. הגליקוליזה האנאירובית, לעומת זאת, שמתרחשת בתנאים של מחסור בחמצן, כבר לא ניתן להשתמש בפירוב מכיוון שמחזור הציטראט דורש חמצן. במהלך הגליקוליזה נוצרת מולקולת האחסון הביניים NADH, שכשלעצמה עשירה באנרגיה ותזרום גם היא אל תוך סרטן מחזור בתנאים אירוביים.

עם זאת, מולקולת ההתחלה NAD + נחוצה כדי לשמור על הגליקוליזה. לכן הגוף "נושך" ל"תפוח החמוץ "כאן והופך את המולקולה העשירה באנרגיה זו חזרה לצורתה המקורית. פירובט משמש לביצוע התגובה. בתהליך הפירובט הופך למה שנקרא חומצת חלב או נקרא גם חומצה לקטית.