MicrosoftTeams-image-(13).png
Wissen

ATP – die universelle Währung unseres Organismus

ATP – ein kurzer Überblick 

ATP, kurz für Adenosintriphosphat, ist DER Energieträger unseres Körpers. Jede Muskelzelle verbraucht bei normaler Aktivität ihren ATP-Speicher pro Minute einmal komplett auf. Das entspricht etwa 10 Millionen ATP-Molekülen pro Sekunde pro Muskelzelle. Bei maximaler Kontraktion der Muskelzelle wird der ATP-Speicher bereits in 2-3 Sekunden komplett abgebaut. 

Daraus wird ersichtlich wie relevant ATP unter anderem für Muskulatur bei Bewegung, Herzmuskulatur, aber auch Stützmuskulatur ist. ATP ist der universelle Energieträger unseres Organismus, es findet sich in jeder Zelle zur Energiebereitstellung, egal ob Nervenzelle, Muskelzelle oder Stützzelle (Bindegewebszellen, Knorpel, …). 

Aber wie wird dieses ATP produziert? Und was ist es eigentlich genau? 

Was ist ATP? 

ATP besteht aus mehreren Teilen: Es besitzt einen Zuckerrest, die Ribose, einen Adeninrest und 3 Phosphatgruppen. Das ist natürlich ein wenig kompliziert.  

Adenin ist eine Base, sie kommt zum Beispiel auch in unserer DNA vor, vielleicht weißt du das noch aus dem Biologieunterricht in der Schule.  

Die Ribose ist der zentrale Teil des Moleküls und vor allem strukturell wichtig. 

Die Phosphatgruppen sind die tatsächlichen Energieträger oder auch Energiespeicher. Bei der Entstehung von ATP wird die Energie sozusagen in den Phosphatgruppen verpackt, denn wenn eine dieser von dem Molekül abgespalten wird, wird verhältnismäßig viel Energie freigesetzt, die dann für andere Reaktionen im Körper verwendet werden kann. 

Mit diesem Molekül hat der Organismus einen Weg gefunden Energie zwischenzuspeichern, sodass man zumindest einen geringen Speicher aufbauen kann. 

ATP – die Produktionsstelle 

Wenn schon ATP in jeder Zelle ständig im Millionenbereich verfügbar ist, dann kann die Produktionsstelle der Zelle nicht weit davon abweichen. 

Produziert wird ATP nämlich in sogenannten Mitochondrien, den Kraftwerken unserer Zellen. Bis zu 5.000 Mitochondrien finden sich in einer einzigen Zelle. 

Der grundsätzliche Aufbau der Mitochondrien ist besonders interessant. Es sieht so aus als wären sie entwicklungsgeschichtlich vor langer Zeit einmal eigenständige Zellen gewesen, die eine Symbiose mit unserer damaligen Zelle eingegangen sind. Durch die Einwanderung in unsere Zelle haben Mitochondrien typischer Weise zwei Membranen, die Abgrenzung zum äußeren Raum. Eine davon ähnelt unserer Zellmembran, die innere aber ähnelt der Membran eines Einzellers.  

An der Energieproduktion ist die innere Membran beteiligt, die zur Vergrößerung der Produktionsoberfläche nach innen eingefaltet ist. Hier sitzt ein spezielles Enzym Die ATP-Synthase, welche den letzten Schritt der Energieproduktion ausführt. 

Dich hat das Thema Mitochondrien gepackt und du willst mehr erfahren? Klicke hier

ATP-Produktion – die Atmungskette 

Die Energiebereitstellung der Mitochondrien ist ein sehr komplexer Prozess. Man nennt diesen die Atmungskette. Das hat tatsächlich auch etwas mit Atmung zu tun, denn meistens wird Sauerstoff in Form von O2 verwendet.  

Ebenso wichtig ist ein Stoff, dass bei der Energiegewinnung verbraucht wird, als Standard verwendet man hier Glukose. Energiegewinnung funktioniert generell durch den Verbrauch von Fetten, Proteinen und Kohlenhydraten. Die dabei gewonnene Energie wird zwischengespeichert und dann in der Atmungskette verwendet. Hier wird diese Energie durch verschiedenste Reaktionen letztendlich auf ATP übertragen.  

Wie viel Energie hat ATP? 

Ein Molekül ATP setzt entweder 32,3 kJ oder 64,6 kJ Energie frei. Das kommt dadurch zustande, dass entweder eine Phosphatgruppe (32,3 kJ) oder zwei Phosphatgruppen (64,6 kJ) des Adenosintriphosphats abgespalten werden können. Je nachdem erhalten wir ADP (Adenosindiphosphat) oder AMP (Adenosinmonophosphat). Bei der Abspaltung wird Energie freigesetzt, da Phosphatgruppen sehr energiereich und geladen sind. 

64 kJ erscheinen für diese Menge vielleicht zunächst gering, umgerechnet wären es etwa 3g Schokolade, jedoch ist diese Menge für den Körper genau richtig, um andere Reaktionen zu betreiben. Der Körper hat die Energie der ursprünglichen Stoffe (Kohlenhydrate, Fettsäuren, Proteine) also stark komprimiert. 

Oxidation in der Atmungskette – Antioxidantien   

Vorhin haben wir schon erwähnt, dass auch Sauerstoff in die Atmungskette involviert ist. Was bedeutet das denn? 

Bei der Atmungskette entstehen unter anderem oxidierte Sauerstoffmoleküle, das sind sehr angriffslustige Strukturen, denn sie suchen unaufhörlich nach einem Bindungspartner und stören dadurch bestehende Proteine, Enzyme und Moleküle. Bei einem Überhang dieser Radikale kann es zu oxidativem Stress kommen. Ein gesundes Mitochondrium kann diese Radikale mit in die Membranen eingelagerten Antioxidantien neutralisieren. Dadurch kommt es zu keiner stärkeren Belastung des Mitochondriums und unter Umständen der ganzen Zelle. 

Ein zu hoher Radikal-Anfall erhöht vor allem das Risiko für die Schädigung der mitochondrialen DNA (mtDNA). Zusätzlich hemmen die Radikale Enzyme der Atmungskette und schädigen die innere Mitochondrienmembran. Durch für die Zelle toxische Stoffe des Mitochondriums kann es zum Absterben der Zelle kommen. Das Mitochondrium oder die Zelle können also auch kein ATP mehr produzieren. 

Ein Schutz vor den möglichen negativen Einflüssen der Atmungskette ist also unerlässlich. Der Gehalt an Antioxidantien des Mitochondriums sollte daher immer konstant gleich hoch sein. 

Mechanismus der Energiefreisetzung 

Nun wurde ATP synthetisiert. Wie aber kann es zur Energiefreisetzung kommen? Vorhin haben wir kurz den Einfluss der drei Phosphatgruppen besprochen.   

ATP: Einsatz 

Als universeller Energieträger kann der ein oder andere sich die Funktion von ATP auf einzelne Prozesse vielleicht noch nicht optimal vorstellen. 

  1. Muskulatur: 

Bei der Muskulatur wird ATP für eine Kontraktion benötigt. Bei einem Sprint  beispielsweise, der eine volle Kontraktion der Muskulatur repräsentieren soll, werden  die ersten 2-3 Sekunden allein durch den ATP-Speicher ermöglicht. Danach, für die  nächsten Sekunden (insgesamt 10 Sekunden) wird ADP auf schnellem Weg mithilfe von  Kreatinmonophosphat zu ATP regeneriert, indem die Phosphatgruppe übertragen  wird. Danach greifen aufwendigere Prozesse, da auch der Kreatin-Speicher begrenzt ist. 

Und nicht vergessenDas Herz ist im Prinzip auch ein großer Muskel. 

  1. Nervenzellen: 

In der Nervenzelle befinden sich auch sehr viele Mitochondrien und damit viel ATP.  Nervenzellen übertragen mithilfe ihrer Fortsätze Informationen zur nächsten Zelle.  Hierfür und für weitere Prozesse wird ebenfalls ATP benötigt. 

  1. Darmgewebe: 

Die Oberflächenvergrößerung des Darms zur verbesserten Nährstoffaufnahme erfolgt durch Erhebungen und Einsenkungen der inneren Oberfläche. Dieses Konstrukt wird alle paar Tage immer wieder erneuert. Dabei teilen sich die tiefsten Zellen und wandern nach oben. Natürlich ist bei dem Prozess der Zellteilung und Gewebserneuerung auch ATP beteiligt. Die Aktivität der Mitochondrien und damit die ATP-Produktion ist  entscheidend dafür, dass die Zellerneuerung reibungslos abläuft (https://www.tum.de/nc/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/details/33467/). Zusätzlich befinden sich beim Darm, genau wie bei der Nervenzelle ATP-abhängige Pumpen, die nur unter Verbrauch von ATP Stoffe aus der Zelle, bzw. In die Zelle transportieren. 

Wie du siehst, sind die Funktionen von ATP im Körper breit gefächert, hier siehst du nur ein paar Punkte. ATP ist ein sehr wichtiges Molekül, im Körper ist es wie Geld auf unserem Planeten, das Handelsgut, welches für jedes Individuum relevant ist. 

Du willst wissen, wie du deine ATP-Produktion boosten kannst? Schau bei MITOcare vorbei und erfahre mehr über unsere Kategorie CL04 Mitochondrien und Lebensenergie.