Cytologie

Adenosintriphosphat (ATP)

Was ist Adenosintriphosphat (ATP), welche Bedeutung hat es und wie regeneriert es sich? Hier erfährst du alles Wichtige über das ATP.

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Inhaltsübersicht

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.

Definition

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)%Verweis.  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 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:

%<img class="alignnone size-medium wp-image-62697" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/08/WhatsApp-Image-2020-08-25-at-11.34.29-AM-300x188.jpeg" alt="" width="300" height="188" />Beschreibung: Strukturformel des ATP. Alt-Text: Adenosintriphosphat, Phosphorsäurerest, Adenin, Ribose, Energie

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 entsteht das Molekül Adenosindiphosphat ADP mit nur noch zwei Phosphatsäureresten und ein Hydrogenphosphation HPO42-.

Die Reaktionsgleichung dazu sieht so aus:

ATP + H_20 \longrightarrow ADP + HPO_4^2^-

%<img class="alignnone size-medium wp-image-62696" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/08/WhatsApp-Image-2020-08-25-at-11.34.30-AM1-300x212.jpeg" alt="" width="300" height="212" />Beschreibung: Hydrolyse des ATP. Alt-Text: Adenosintriphosphat, Adenosindiphosphat, ATP, ADP, Hydrolyse, Energie, Energiebereitstellung, Energieträger

Durch die Abgabe des Hydrogenphosphations werden 30,5 kJ (Kilojoule) 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 allen 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 + H_20 \longrightarrow ADP + HPO_4^2^-

Die Umkehrreaktion lautet folgendermaßen:

ADP + HPO_4^2^- \longrightarrow ATP + H_2O

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 Katabolismus erzeugt. Darunter kannst du den Abbau von großen energiereichen Stoffen (Makromoleküle) 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 Moleküle in jeder Sekunde entspricht.

Diesen Kreislauf von Hydrolyse und Phosphorylierung nennt man auch ATP-Zyklus. Er besteht aus energieliefernden, also exothermen, Prozessen und energieverbrauchenden, endothermen, Prozessen.

%<img class="alignnone size-medium wp-image-62699" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/08/WhatsApp-Image-2020-08-25-at-11.34.30-AM-300x272.jpeg" alt="" width="300" height="272" />Beschreibung: ATP-Zyklus. Alt-Text: Hydrolyse, Phosphorylierung, ATP, ADP, Adenosintriphosphat, endotherm, exotherm

ATP Zellatmung

Adenosintriphosphat wird in großen Mengen bei der Zellatmung produziert. Diese besteht aus der Glycolyse , dem Citratzyklus und der Atmungskette . Dabei werden Glucose und Sauerstoff in Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt, wobei etwa 30 ATP Moleküle produziert werden.

C_6H_1_2O_6 + 6O_2 \longrightarrow 6CO_2 + 6H_2O + 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 alle Funktionen aufrechterhalten.

%<img class="alignnone size-medium wp-image-62739" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/08/WhatsApp-Image-2020-08-25-at-8.13.06-PM-300x172.jpeg" alt="" width="300" height="172" />Beschreibung: ATP-Gewinnung bei der Zellatmung. Alt-Text: Glycolyse, Citratzyklus, Atmungskette, Adenosintriphosphat, Energie

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 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.

6CO_2 + 6H_2O + Energie \longrightarrow C_6H_1_2O_6 + 6O_2

%<img class="n3VNCb" src="https://assets.serlo.org/59d3a94e11818_2716c9fae518e41e63a0ceb764a23242afc8e6f2.png" alt="Dunkelreaktion - 2. Schritt der Photosynthese - lernen mit Serlo!" width="441" height="348" data-iml="357736" />Beschreibung: ATP-Verbrauch bei der Photosynthese. Alt-Text: Chloroplasten, Fotosynthese, Energie, Lichtreaktion, Dunkelreaktion, Calvin-Zyklus

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.

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