Do funkcjonowania komórki potrzebna jest energia. Źródłem jej są związki chemiczne, pobrane z pożywieniem przez zwierzęta, lub wytworzone w przypadku roślin w procesie fotosyntezy. Jednak te związki nie mogą zostać bezpośrednio wykorzystane. Podczas oddychania są rozkładane i uwalnia się przy tym energia. Jest ona następnie gromadzona w komórce w postaci ATP – uniwersalnego źródła energii.

Co to jest ATP?

ATP (adenozynotrifosforan) jest to niewielka cząsteczka składająca się z zasady azotowej (adeniny), cukru pięciowęglowego (rybozy lub wymiennie deokzyrybozy) i trzech reszt kwasu ortofosforowego – P_i:


Adenina jest połączona z cukrem wiązaniem N-glikozydowym (glikozyd=cukier; N bo wiązanie jest utworzone przez atom azotu w adeninie). Cukier łączy się z pierwszą resztą kwasu fosforowego (V) przez wiązanie estrowe (połączenie alkoholu – grupa hydroksylowa w cukrze z kwasem). Reszty kwasu ortofosforowego połączone są przez wiązania bezwodnikowe (łączą się ze sobą z wydzieleniem cząsteczki wody).

W jaki sposób komórka wykorzystuje ATP?

ATP jest tworzone w reakcji ADP z resztą kwasu ortofosforowego, wydziela się przy tym cząsteczka wody:


Jest to reakcja wymagająca dostarczenia energii (endoergiczna). Reakcja odwrotna biegnie z wydzieleniem energii (reakcja egzoergiczna):


Energia potrzebna do syntezy ATP pochodzi z rozkładu związków pokarmowych. Energia wydzielana podczas hydrolizy ATP może zostać wykorzystana do zajścia reakcji endoergicznyc (np. syntezy związków budujących komórkę) albo przekształcona w energię kinetyczną (ruch komórki) itp. ATP jest uniwersalnym źródłem energii w komórce tzn., że dostarcza energii do zajścia większości procesów endoergicznych. Energia zgromadzona pod postacią ATP jest szybko dostępna dla komórki (uwalniana jest w pojedynczej prostej reakcji hydrolizy), ale jej ilość jest niewielka. Przeciwnie niż w przypadku substancji pokarmowych i zapasowych (skrobia, glikogen, białka, tłuszcze). W tych związkach jest zgromadzona znaczna ilość energii, ale jej wykorzystanie zajmuje dużo czasu, bo wymaga zajścia procesów oddychania. W ATP zgromadzona jest energia na chwilowy i szybki użytek, a w związkach zapasowych „na później”.

Proces oddychania

Proces oddychania komórkowego składa się z trzech wyraźnie odrębnych części:

1. Glikolizy
2. Cyklu Krebsa
3. Łańcucha transportu elektronów

Są to procesy różniące się pod względem chemicznym i lokalizacji w komórce. Zachodzą one po kolei, a ich efektem jest utlenienie (rozłożenie) cząsteczki glukozy do dwutlenku węgla i wody z jednoczesnym wydzieleniem energii. Sumarycznie proces można zapisać:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + energia

Uwolniona energia służy do syntezy ATP. Jeżeli substratem oddechowym jest inny związek niż glukoza, to musi on być przekształcony do glukozy, albo do któregoś ze związków pośrednich glikolizy lub cyklu Krebsa.