ADP ja ATP roll

11. klass > Bioloogia > 2. Metabolism ja teised eluavaldused

Rakuhingamiseks nimetatakse glükoosi lõplikku lagundamist, mille tulemusel saadakse energiat ja eraldub CO2.

Rakuhingamine toimub mitokondris.

Tekkinud energia salvestatakse ATP molekulidesse.

Rakuhingamisel sünteesitakse maksimaalselt 38 ATP molekuli. Tegelikult on sünteesitavate molekulide arv 29–30, sest võivad esineda membraanide lekkimisest tulenevad kaod ning püruvaadi ja ADP transport mitokondrisse vajab ka energiat.
Pildil imetaja kopsuraku mitokonder:

Kopsuraku Mitokonder

Allpool oleval pildil on ADP molekul ja fosfaatrühm. Nende ühinemisel saame ATP molekuli. Seega on erinevus vaid ühes fosfaatrühmas (sellest ka nimetuses di- või tri-).

ADP ja fosfaatrühm

Bioenergeetilised ühendid

on kõik väiksed orgaanilised ühendid, mis osalevad keemilise energia salvestamisel ja ülekandel organismides toimuvates reaktsioonides. Bioenergeetilisteks ühenditeks on näiteks ATP, NAD, NADP (NAD osaleb rakuhingamisel, NADP taimedes toimuvas fotosünteesis), kuid lisaks veel GTP (guaniin-fosfaat), CTP (tsütidiin-trifosfaat), UTP (uridiin-trifosfaat) ja TTP (tümidiin-trifosfaat).

ATP on universaalne energiakandja. See tähendab, et kõik elusorganismid kasutavad ATP-d samal viisil (nii inimesed, loomad, taimed kui ka bakterid).

Bioenergeetilised ühendid

ATP ehk adenosiintrifosfaat koosneb lämmastikalusest, adeniinist, suhkrust, riboosist ja kolmest fosfaatrühmast.

Lihtsam on ATP osad meelde jätta, kui pöörata tähelepanu sellele, et kõik need osad on ka mingil moel viidatud ATP nimetuses: adenosiintrifosfaat. Adeniin ja riboos koos moodustavad adenosiini. Tri tähendab kolme, seega trifosfaat kolme fosfaatrühma.

Milliseid keemilisi elemente on joonistel erinevate värvidega kujutatud? Kollane on fosfor – P (kolmes järjestikku paiknevas fosfaatrühmas). Punasega on tähistatud hapnik – O (paikneb samuti fosfaatrühmas, aga ka riboosis). Sinisega on tähistatud lämmastik – N (paikneb adeniinis). Suuremad halliga tähistatud elemendid on süsinikud – C (riboosi ja adeniini koostises). Väikesed hallid elemendid on vesinikud – H (adeniini, riboosi ja fosfaatrühmade koostises, ainult ühe sidemega teiste elementidega seotud).

ATP struktuur

Erinevus ATP molekuli struktuuriga seisneb selles, et ADP-s on üks fosfaatrühm vähem.

Nimetus ütleb ära, et ADP-s on kaks fosfaatrühma – difosfaat. Di tähendab kahte. Tri ATP nimetuses tähendab kolme.

ATP reageerib veega ja laguneb. Side fosfaatrühmade vahel katkeb ning ATP-st tekib ADP ja fosfaatrühm ning vabaneb energia. ADP ja fosfaatrühm moodustavad veega sidemeid, mis on tugevamad kui nende vahel olnud side ATP molekulis.

ADP-d on edasi võimalik lagundada AMP-ks ehk adenosiinmonofosfaadiks, kuid selle reaktsiooni käigus vabaneb oluliselt vähem energiat ning seda kasutatakse organismides palju harvem.

1 mooli ATP lagunemisel vabaneb 30,5 kJ ehk umbes 7,3 kcal energiat. Kui see ümber arvutada grammideks, siis 1 mool ATP-d on umbes 507 grammi ja 1 mool ADP-d umbes 427 grammi. Seega on 1 mooli ATP ja 1 mooli ADP vahe umbes 80 grammi.

Inimese organismis on 250 g ATP-d (molaarmass 507,18 g/mol, molekulvalem C10H16N5O13P3.).

Kõigi arvude puhul on tegemist keskmise mõõtmistulemusega, reaalne võib veidi erineda.

ATP lagunemine

ATP süntees ja lagunemine toimuvad organismis pidevalt. ATP-d sünteesitakse rakuhingamisel või fotosünteesi käigus (taimed ja mõned bakterid).

ATPSüntees

Rakuhingamisel toodetakse ATP-d mitokondri membraanis asuva ATP süntaasi abil. Fotosünteesil toimub sama protsess kloroplastis tülakoidi membraanis.

ATP süntaasi paneb tööle vesinikioonide kontsentratsiooni erinevus kahel pool membraani.

Et kontsentratsioonid võrdsustada, liiguvad vesinikioonid kõrgema kontsentratsiooniga poolelt madalama kontsentratsiooniga poolele. See toimub läbi membraanis paiknevate valgumolekulidest kanalite – ATP süntaaside. Kui vesinikioon liigub ATP süntaasi abil läbi rakumembraani, lükkab see ensüümi „mootori“ tööle ning saadud energia abil liidab ensüüm ADP ja fosfaatrühma.

Iga kolme prootoni transpordi tagajärjel teeb ATP süntaasi rootor 120-kraadise pöörde, mille käigus sünteesitakse ja vabastatakse üks ATP molekul.

See protsess on kujutatud ka videos: vesinikioonid liiguvad väliskeskkonnast mitokondri (või kloroplasti) sisekeskkonda läbi membraanis paikneva transportvalgu (ATP süntaasi). See paneb ATP süntaasi tööle ning saadud energiat kasutatakse ADP ja fosfaatrühma liitmiseks. Energia salvestatakse tekkinud ATP molekuli.

youtube_video

youtube_video

H+ liikumisel läbi raku membraani vabaneb 18,8 kJ (4,5 kcal) energiat. 1 mooli ATP sünteesiks kasutatakse 3 mooli H+ liikumisel vabanenud energiat. Osa energiast hajub soojusena, seega kogu energiat ära ei kasutata.

Pildil on kujutatud ATP molekuli:

ATPSüntees1

Kuula:

ATP – kõne kuulajaga

ATP – tark räägib

ATP Kokkuvõte

Koostajad: Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker, Mario Mäeots