Mis on ATP molekul ja kuidas see toimib

Atp molekuli on iga elusraku peamine energiakandja – ilma selleta ei tõmbu lihas, ei tööta aju ega toimu ükski biosüntees. Selles artiklis selgitame, mis on Adenosiintrifosforhape, kuidas see energiat vabastab ning kuidas organism seda pidevalt taastab.

Mis on ATP molekul?

ATP ehk adenosiintrifosforhape on keemiliselt nukleotiid. Selle koostises on lämmastikalus (adeniin), süsivesik (riboos) ja kolm fosforhappejääki – just seal peitub kogu tema jõud. Tavalised nukleotiidid kannavad ühte fosforhappejääki, ATP-l on neid kolm.

Raku sisekeskkond on neutraalsele lähedane. Selles keskkonnas esineb ATP mitte happe, vaid soola kujul: fosforhappejääkide OH-rühmade asemel on negatiivselt laetud hapniku aatomid (–O²). Samanimelised lähestikku paiknevad laengud tõukuvad üksteisest eemale, muutes ATP molekulaarse struktuuri ebapüsivaks. See ebapüsivus on tegelikult kasulik omadus – just see teeb ATP-st täiusliku energiakandja.

Kuidas ATP molekul energiat vabastab?

Spetsiifiliste ensüümide toimel laguneb ATP hüdrolüüsi teel:

ATP + vesi → ADP + fosforhape

Viimane fosforhappejääk eraldub ning ATP muutub ADP-ks ehk adenosiindifosforhappeks. Selle reaktsiooniga vabaneb umbes 40 kJ energiat ühe mooli fosforhappe eraldumise kohta – energia, mida rakk kohe kasutab.

ATP-l on raku ainevahetuses absoluutselt keskne koht. Liikumine, biosüntees, ainete transport läbi membraanide, elektrienergia tootmine – kõik see toimub ATP hüdrolüüsil vabaneva energia arvel. Mis siis tegelikult juhtub lihases? Lihases piisab ATP varudest kõigest 20–30 kokkutõmbeks. Tundide jooksul sooritab lihas aga tuhandeid kokkutõmbeid, mis tähendab, et organism peab ATP-d pidevalt ja katkematult taastama.

Pingelise, kuid lühiajalise töö korral töötavad lihased peaaegu eranditult leiduva ATP arvel. Pärast pingutust hingeldataksegi – sel perioodil toimub süsivesikute ja teiste ainete lagundamine ning ATP varude taastamine. ATP on seega raku ühtne ja universaalne energiaallikas.

ATP süntees: glükolüüs ja aeroobne lõhustumine

ATP varude täiendamiseks kasutatakse süsivesikute, lipiidide ja teiste ainete lõhustumisest saadavat energiat. ATP süntees toimub peamiselt mitokondrites. Inimese rakkudes on peamiseks energiaallikaks glükoos, mille lagundamine toimub kahes järjestikuses staadiumis.

Glükolüüs (anaeroobne staadium) ei vaja hapnikku – küll aga osalevad selles ADP ja fosforhape, mille väike tagavara on rakus alati olemas. Glükoos laguneb mitmeastmelises protsessis: kuuesüsinikulisest glükoosi molekulist moodustub kaks kolmesüsinikulist orgaanilise happe molekuli ning sünteesitakse 2 ATP molekuli. Summaarne energiakogus selles etapis on 200 kJ mooli kohta: 60% sellest hajub soojuse näol ja 40% akumuleerub ATP-s.

Aeroobne lõhustumine toimub mitokondrites ja eeldab kahjustamata membraane. Glükolüüsi lõpp-produkt – orgaaniline hape – tungib mitokondritesse, kus ensüümid lagundavad selle veeks ja süsinikdioksiidiks. Vesiniku aatomid oksüdeeruvad membraanides: elektronid suunduvad membraani siseküljele ja seotakse hapnikuga, prootonid (vesiniku katioonid) liiguvad välisküljele. Tekib potentsiaalide vahe.

Membraani teatud osades paiknevad ATP-d sünteesiva ensüümi molekulid. Kui potentsiaalide vahe ületab kriitilise piiri, liiguvad prootonid läbi ensüümis oleva kanali membraani siseküljele, kus nad hapnikuga reageerides moodustavad vee. Sellel liikumisel vabaneb oluline kogus energiat: 45% hajub soojusena ja 55% akumuleerub ATP keemiliste sidemete energiana.

Kokkuvõtteks: ühe glükoosi molekuli täielik lõhustumine süsinikdioksiidiks ja veeks annab 38 ATP molekuli – neist 2 anaeroobses ja 36 aeroobses staadiumis. Aeroobne protsess on seega 18 korda efektiivsem. Rakus kulgevat orgaaniliste ainete lõhustumist võrreldakse sageli põlemisega, sest mõlemal juhul toimub hapniku neeldumine ja oksüdatsioonisaaduste eraldumine. Põlemisel muundub kogu vabanev energia soojuseks; glükoosi rakusisesel oksüdeerumisel muundub soojuseks aga umbes 45% ja ATP-s akumuleerub umbes 55% vabanevast energiast.

KKK

Mis vahe on ATP-l ja ADP-l?

ATP kannab kolme fosforhappejääki, ADP aga kahte. Kui ATP hüdrolüüsi käigus laguneb, eraldub üks fosforhappejääk ja vabaneb energia – järele jääb ADP. Raku sees toimub pidev tsükkel: ATP → ADP + energia, seejärel ADP taaslaetakse ATP-ks uue energia abil.

Miks on ATP oluline sportlasele?

Lihas saab tõmbuda üksnes ATP arvel. Intensiivsel treeningul kuluvad ATP varud kiiresti – ainult 20–30 kokkutõmbeks. Seejärel peab organism glükolüüsi kaudu uut ATP-d tootma, mis põhjustab laktaadi kogunemist. Vastupidavustreeningul lülitub keha aeroobsele ainevahetusele, mis on 18 korda efektiivsem kui anaeroobne etapp.

Kus täpselt ATP sünteesitakse?

Peamiselt mitokondrites aeroobse lõhustumise käigus (36 ATP molekuli glükoosi kohta). Väiksem kogus sünteesitakse glükolüüsi ajal rakuplasmas ilma hapnikuta (2 ATP molekuli glükoosi kohta) – see on oluline just lühikeste ja väga intensiivsete pingutuste korral.

ATP sid aitavad sünteesida, vali siit!

Autor: Mikk-Alvar Olle

Allikas: WHO – kehaline aktiivsus.

Tule trenni! ArtGym