ATP står for adenosintrifosfat. Det er en kemisk forbindelse, der fungerer som energibærer i cellerne i alle levende organismer.
Den simple forklaring
Forestil dig ATP som en opladet batterienhed, der leverer energi til forskellige processer i cellerne. Når en celle har brug for energi, bryder den en af dens tre fosfatgrupperne i ATP af. Dette skaber et anden molekyle kaldet ADP (adenosindifosfat) og én fri fosfatgruppe. Når denne omdannelse sker frigives der energi, som cellen kan bruge.
Energien der frigives kan både være varme energi og kinetisk energi. Varmen kan bidrage til at øge cellens temperatur, hvilket kan være nødvendigt for visse kemiske reaktioner i cellen. Den kinetiske energi kan bruges direkte til at udføre arbejde, som for eksempel at pumpe ioner gennem cellemembranen eller for at bevæge celleskelettet.
Kort sagt, ATP er vitalt for mange biologiske processer, da det leverer den nødvendige energi til dem. Det er især vigtigt for muskelkontraktion, nerveimpulsudbredelse og kemiske synteser.
Udtømmende gennemgang
Produktionen af ATP er en kompleks proces, der involverer flere trin og kan finde sted gennem forskellige metabolske veje.
Her er en udtømmende gennemgang:
Respiration er den overordnede betegnelse for procesen, hvor celler genererer energi.
Energien kommer enten fra mad vi spiser eller fra molekyler vi allerede har i kroppen, som nedbrydes og omdannes til energi.
Kroppen har en præference for energikilder, og det følger generelt rækkefølgen: kulhydrater, fedt og til sidst proteiner.
Kulhydrater er den hurtigste og lettest tilgængelige kilde til energi, og derfor den første kroppen tyr til. Når kulhydrater er brugt op, går kroppen videre til at bruge fedt som energikilde.Proteiner anvendes primært til at bygge og reparere væv, så kroppen foretrækker at bruge dem som energikilde i sidste instans.
Hvis du er på en ketogen diæt, ændres denne præference dog. Kroppen vil i stedet bruge fedt som den primære energikilde og omdanne det til ketoner, som cellerne kan bruge til energi.
Glykolysen er det første trin i denne energiproduktionen af kulhydrater. Efter glykolysen følger enten anaerob eller aerob respiration, afhængig af tilgængeligheden af ilt. Typisk vil processen forløbe med ilt tilstede (aerob respiration), men der vil også være tilfælde såsom under hård træning, hvor blodet ikke kan forsyne musklerne med det ilt de har brug for. For at kroppen ikke bare går i stå når behovet overskrider hvad der bliver brugt af ilr har kroppen en mekanisme den kan aktivere, som ikke kræver ilt, den anaerob respiration. Her produceres der dog mindre ATP og laktat ophobes, hvilket fører til at musklerne hurtigere bliver trætte.
Aerobe betingelser (med ilt)
Glykolyse er det første trin i ATP-produktion og foregår i cellens cytoplasma. Her omdannes et glukosemolekyle til to pyruvatmolekyler, hvilket også resulterer i en lille mængde ATP og NADH. Næste skridt sker i mitochondrierne, hvor pyruvat omdannes til acetyl-CoA. Denne proces, kendt som pyruvat dehydrogenase komplekset, foregår i mitochondriets matrix og genererer også NADH.
Efter denne omdannelse træder acetyl-CoA ind i citronsyrecyklus, også kaldet Krebs cyklus. I denne cyklus dannes endnu mere NADH og FADH2, to nøglemolekyler i energiproduktion, samt en mindre mængde ATP. Processen foregår også i mitochondriets matrix.
Til sidst kommer elektrontransportkæden, som er den største ATP-producent. Her afgiver NADH og FADH2 deres elektroner til en kæde af proteiner i mitochondriernes indre membran. Disse elektroner pumper protoner fra den indre del af membranen til den ydre del, hvilket skaber en elektrokemisk gradient. Denne gradient bruges til at lave en stor mængde ATP. Det er sådan, energiproduktionen i cellerne overordnet set foregår.
Hvad med fedt?
Som sagt vil kroppen helst lave energi fra kulhydrater, men vi har også en mekanisme som gør, at vi kan lave energi fra fedt. Denne proces kaldes for fedtoxidation.
Fedtoxidation er primært en aerob proces, der kræver ilt. nder aerobe betingelser kan fedtsyrer nedbrydes til acetyl-CoA gennem beta-oxidation. Acetyl-CoA kan derefter indgå i citronsyrecyklus for yderligere energiproduktion.
Hvad med protein?
Cellen har også muligheder for at producere energi fra aminosyre ved at nedbryde proteiner. Disse aminosyrer kan komme fra protein i kosten eller fra nedbrydning af muskelvæv.
Processen starter med, at aminosyrerne deamineres. Det betyder, at deres aminogruppe fjernes. Dette efterlader et kulstofskellet, som kan omdannes til forskellige molekyler. Disse molekyler kan indgå i citronsyrecyklus. For eksempel kan aminosyren alanin omdannes til pyruvat, mens aspartat kan blive til oxaloacetat.
Når de er blevet omdannet, indgår disse molekyler i citronsyrecyklus i cellens mitokondrier. Her kombineres de med andre intermediære molekyler og gennemgår en række kemiske reaktioner. Dette genererer højenergimolekyler som NADH og FADH2, der senere bruges i elektrontransportkæden for at producere ATP.
Anaerobe betingelser (uden ilt)
Glykolyse foregår også under anaerobe betingelser: Glykolyse omdanner glukose til pyruvat og producerer en lille mængde ATP samt NADH, nøjagtigt som det gør under aerobe forhold. Forskellen er, at i stedet for at pyruvat går videre til citronsyrecyklus, bliver det omdannet til andre molekyler gennem fermentering.
Det kan enten være alkoholfermentering, hvor pyruvat omdannes til ethanol, eller mælkesyrefermentering, hvor det omdannes til mælkesyre. Formålet er at regenerere NAD+, så glykolyse kan fortsætte med at levere ATP, selvom det er i mindre mængder sammenlignet med den aerobe vej.
Fermentering er altså en anaerob proces, der optræder, når ilt er sparsom. Det er en vej, der følger efter glykolyse. Her omdannes pyruvat, slutproduktet af glykolyse, til enten ethanol eller mælkesyre. Der findes to hovedtyper: alkoholfermentering og mælkesyrefermentering. Alkoholfermentering omdanner pyruvat til ethanol, mens mælkesyrefermentering omdanner det til mælkesyre.
Hvorfor er dette vigtigt? Fordi fermentering genererer NAD+, et molekyle der er afgørende for, at glykolyse kan fortsætte. Det er en hurtig måde for cellen at producere en smule energi, selvom det ikke er så effektivt som de aerobe metoder. Men i situationer, hvor ilt er mangelvare, kan det være en livredder for cellen.
Hvad med fedt?
I anaerobe betingelser er fedtoxidation generelt ikke en effektiv vej for energiproduktion. Det skyldes, at produkterne fra fedtoxidation, som acetyl-CoA, kræver ilt til at gennemgå citronsyrecyklus og elektrontransportkæden for at producere en betydelig mængde ATP. I mangel af ilt vil cellen i stedet fokusere på glykolyse og efterfølgende fermentering for at generere ATP, selvom det er mindre effektivt.
Fosfokreatin
I en anaerob tilstand, hvor der er begrænset ilt, træder et molekyle, der hedder fosfokreatin i spil som en hurtig energikilde. Fosfokreatin kan nemlig hurtigt omdannes tilbage til kreatin og ATP ved hjælp af samme enzym, kreatinkinase. Dette ATP kan så bruges umiddelbart af cellen for at udføre arbejde. Systemet er så hurtigt, at det er ideelt til kortvarige, højintensive aktiviteter som sprint eller tunge løft. Det er ikke afhængig af ilt, hvilket gør det til en vigtig energikilde under anaerobe forhold.
Selvom fosfokreatin primært bruges i anaerobe forhold, genopfyldes lagrene af fosfokreatin hurtigere under aerobe forhold. Når der er tilstrækkelig ilt, bruger cellen andre veje som glykolyse og citronsyrecyklus til at producere ATP, som så kan omdanne kreatin til fosfokreatin.
Hvad med protein?
Under anaerobe forhold er omdannelsen af aminosyrer fra proteiner mere begrænset. De kan dog stadig omdannes til pyruvat eller andre intermediære molekyler, der kan bruges i fermentering eller for at opretholde glykolyse. Dette er mindre effektivt sammenlignet med den aerobe vej.