Was Adenosintriphosphat (ATP) ist, welche Bedeutung hat es und wie es sich regeneriert, erfährst du hier und im Video zum Thema!
Adenosintriphosphat einfach erklärt
Adenosintriphosphat, kurz ATP, ist ein chemisches Molekül, das in jeder Zelle eines Lebewesens Energie bereitstellt. Mit dieser Energie werden alle Arbeitsprozesse wie Fortbewegung oder Stofftransport ermöglicht. Ein ATP-Molekül enthält drei Phosphatreste. Damit Energie frei wird, wird ATP in ADP (Adenosindiphosphat) umgewandelt, indem einer der drei Phosphatreste abgespalten wird.
Diese Reaktion ist umkehrbar. Das heißt, dass ADP auch wieder zu ATP reagieren kann. Dafür reagiert das ADP mit Phosphor.
Adenosintriphosphat wird in großen Mengen in der Zellatmung produziert. Das ist notwendig, da dein Körper jeden Tag etwa so viel ATP verbraucht, wie du selbst wiegst.
Adenosintriphosphat (engl. adenosine triphosphate) ist ein Molekül, das in allen Zellen eines Lebewesens vorkommt. Dort stellt es für sämtliche Vorgänge Energie zur Verfügung.
ATP Chemie
Adenosintriphosphat ist ein Molekül aus drei Komponenten: Adenin, Ribose und 3 Phosphorsäureresten. Die Ribose (C5H10O5) ist ein Zucker und bildet mit dem Adenin (C5H5N5) das Adenosin (C10H13N5O4). An der Ribose befindet sich eine Kette aus drei Phosphorsäureresten. Das griechische Zahlenwort für drei ist ‚tri‘, weshalb das ATP den Namen Adenosintriphosphat trägt.
Phosphorsäurereste (Phosphatreste) entstehen, wenn Phosphorsäure in wässriger Umgebung seine Wasserstoffprotonen H+ abgibt. Die Zelle stellt eine solche wässrige Umgebung dar. Die Summenformel zum Phosphatrest ist PO43–.
Insgesamt ergibt sich daraus das Molekül C10H16N5O13P3. Die Strukturformel des ATP sieht dann so aus:
ATP Energie
Adenosintriphosphat agiert in der Zelle als Energieträger. ATP selbst gibt diese Energie nicht ab. Stattdessen reagiert es mit Wasser. Dieser Vorgang wird als Hydrolyse bezeichnet. Dabei lagern sich die Wassermoleküle an das ATP an und spalten einen Phosphatrest PO43– ab.
Dieser Phosphatrest bindet ein Wasserstoffproton. So entstehen das Molekül Adenosindiphosphat (ADP) mit nur noch zwei Phosphatsäureresten und ein Hydrogenphosphation HPO42-.
Die Reaktionsgleichung dazu sieht so aus:
ATP + H2O 
ADP + HPO42-
Durch die Abgabe des Hydrogenphosphations werden 30,5 kJ (Kilojoule) pro Mol Energie frei. Daher handelt es sich um eine exotherme Reaktion . Diese Energie kann zum Beispiel als Wärme abgegeben werden. So wird zum Beispiel beim Zittern vor Kälte die Hydrolyse des ATP während der Muskelkontraktion genutzt, um Wärme zu erzeugen und den Körper warm zu halten.
ATP Synthese
Bei den meisten Vorgängen in der Zelle wird ATP verbraucht. Dein Körper verbraucht an einem Tag ungefähr so viel ATP, wie du wiegst. Diese Menge kann nicht einfach produziert werden. Stattdessen handelt es sich bei dem Adenosintriphosphat um eine erneuerbare Energiequelle, die durch die Reaktion von ADP mit einer Phosphatgruppe regeneriert werden kann.
Somit handelt es sich bei der Hydrolyse von ATP zu ADP um eine umkehrbare Reaktion. Bei der Hydrolyse reagiert ATP mit Wasser zu ADP und einem Phosphorsäurerest. Diese Reaktion ist eine exotherme Reaktion.
ATP + H2O ADP + HPO42-
Die Umkehrreaktion lautet folgendermaßen:
ADP + HPO42- ATP + H2O
Die Reaktion mit Phosphor wird in der Chemie als Phosphorylierung bezeichnet. Hierbei handelt es sich um eine endotherme Reaktion . Es wird also Energie benötigt, damit dieser Vorgang ablaufen kann. Diese Energie wird von exothermen Reaktionen des Stoffwechsels (Katabolismus) erzeugt. Darunter kannst du den Abbau von großen energiereichen Stoffen (Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten) in kleinere energiearme Stoffe verstehen. Das findet zum Beispiel bei der Zellatmung statt. Pflanzen nutzen aber vor allem Lichtenergie. Dieser ganze Vorgang ist die Synthese von ATP aus ADP und Phosphat.
Die Hydrolyse und Phosphorylierung finden schnell hintereinander statt. Eine aktive Muskelzelle, zum Beispiel beim Sport, kann ihren gesamten ATP-Vorrat in unter einer Minute verbrauchen, was etwa 10 Millionen Molekülen pro Sekunde entspricht.
Diesen Kreislauf von Hydrolyse und Phosphorylierung nennt man auch ATP-Zyklus. Er besteht aus energieliefernden (exothermen) und energieverbrauchenden (endothermen) Prozessen.
ATP Zellatmung
Adenosintriphosphat wird in großen Mengen bei der Zellatmung produziert. Diese besteht aus der Glykolyse , dem Citratzyklus und der Atmungskette . Dabei werden Glucose und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut, sodass etwa 30 ATP Moleküle produziert werden.
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Energie
Das meiste ATP in einer Zelle entsteht in der Atmungskette. Dort werden bis zu 28 Moleküle ATP frei. Mit dieser Energie kann die Zelle wichtige Funktionen aufrechterhalten.
ATP Photosynthese
Die Photosynthese stellt das Gegenstück zur Zellatmung dar und findet in den Chloroplasten statt. Sie besteht aus zwei Phasen: der Lichtreaktion und der Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus ).
Kohlenstoffdioxid und Wasser reagieren zu Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff. In der Lichtreaktion dient das Sonnenlicht als Energiequelle. Die Energie wird in ATP umgewandelt und für die Dunkelreaktion bereitgestellt. Dort wird das ATP für den Aufbau der Glucose benötigt. Dabei werden 18 ATP verbraucht.
6CO2 + 6H2O + Energie C6H12O6 + 6O2
ATP als Signalmolekül
Adenosintriphosphat ist nicht nur ein wichtiger Energielieferant, sondern aktiviert auch viele Stoffe in deinem Körper. ATP aktiviert zum Beispiel Enzyme in deinem Stoffwechsel und der Blutzuckerregulation. Außerdem ist das ATP auch an Prozessen im Nervensystem wie der Durchblutungsregulation und der Reaktion auf Entzündungen beteiligt.
Zellatmung
ATP wird in großen Mengen bei der Zellatmung produziert. In unserem Video dazu erfährst du, was die Zellatmung ist und wie sie abläuft. Schau es dir gleich an, um das Thema richtig zu verstehen!
