Adenosintriphosphat (ATP)

Adenosintriphosphat — einfach erklärt

Adenosintriphosphat, kurz ATP, ist ein chemisches Molekül. Es stellt in jeder Zelle eines Lebewesens Energie bereit. Diese wird für alle Arbeitsprozesse, wie die Fortbewegung oder den Stofftransport, benötigt.

Ein Adenosintriphosphat-Molekül enthält unter anderem drei Phosphatreste. Das sind kleine chemische Bausteine, die aus Phosphor und Sauerstoff bestehen.

Um Energie freizusetzen, wird ATP in ADP (Adenosindiphosphat) umgewandelt. Dabei wird einer der drei Phosphatreste abgespalten. ADP besitzt also nur noch zwei Phosphatreste.

Übrigens: Phosphorsäurereste (Phosphatreste) entstehen, wenn Phosphorsäure in wässriger Umgebung seine Wasserstoffprotonen H⁺ abgibt. Die Zelle stellt eine solche wässrige Umgebung dar.

Jedoch kann ADP auch wieder zu ATP werden. Dafür reagiert das ADP mit Phosphor. Die Reaktion ist somit umkehrbar.

ATP — Aufbau

Das Molekül Adenosintriphosphat besteht aus drei Komponenten:

• Adenin (Base)
• Ribose (Zucker)
• 3 Phosphorsäurereste

Die Ribose (C₅H₁₀O₅) ist ein Zucker und bildet mit dem Adenin (C₅H₅N₅) das Adenosin (C₁₀H₁₃N₅O₄). An der Ribose befindet sich außerdem eine Kette aus drei Phosphorsäureresten. Die Summenformel zum Phosphatrest ist PO₄^3–.

Insgesamt ergibt sich daraus das Molekül C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃. Die Strukturformel des ATP sieht dann so aus:

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Schon gewusst? Das griechische Zahlenwort für drei ist „tri“, weshalb das ATP den Namen Adenosintriphosphat trägt.

ATP-Zyklus

Adenosintriphosphat agiert in der Zelle als Energieträger. Es entsteht in einer Reaktion unter Verbrauch von Energie (Phosphorylierung). Aber ATP kann auch mit anderen Stoffen reagieren, wobei Energie abgegeben wird (Hydrolyse). 

Diese beiden Prozesse finden schnell hintereinander statt und bilden dabei einen Kreislauf. Du nennst das den ATP-Zyklus.

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Übrigens: Beim Sport kann eine aktive Muskelzelle ihren gesamten ATP-Vorrat in unter einer Minute verbrauchen. Das entspricht etwa 10 Millionen Molekülen pro Sekunde.

ATP als Energieträger

Obwohl ATP als Energieträger gilt, gibt es diese Energie nicht selbst 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 PO₄^3– ab.

Dieser Phosphatrest bindet ein Wasserstoffproton. So entstehen das Molekül Adenosindiphosphat (ADP) mit nur noch zwei Phosphatsäureresten und einem Hydrogenphosphat-Ion HPO₄^2-.

Die Reaktionsgleichung dazu sieht so aus:

ATP + H₂O ADP + HPO₄^2-

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Die Hydrolyse ist dabei eine exotherme Reaktion, da hier Energie an die Umgebung abgegeben wird. Das kann unter anderem in Form von Wärme passieren.

Zitterst du beispielsweise vor Kälte, dann bekommst du Muskelkontraktionen. Dabei kommt es zur Hydrolyse von ATP. Damit wird Wärme erzeugt und dein Körper warm gehalten.

Schon gewusst? Dein Körper verbraucht jeden Tag etwa so viel ATP, wie du selbst wiegst.

ATP — Produktion

Adenosintriphosphat ist außerdem eine erneuerbare Energiequelle. Die Hydrolyse von ATP in ADP ist nämlich eine umkehrbare Reaktion. Das bedeutet, dass ADP andersherum auch wieder zu ATP regenerieren kann. Diese Herstellung von ATP nennst du Synthese.

Es braucht dafür ADP, eine Phosphatgruppe und Energie. Bei einer solchen Reaktion mit Phosphor sprichst du in der Chemie von der Phosphorylierung.

Diese Umkehrreaktion lautet folgendermaßen:

ADP + HPO₄^2- ATP + H₂O

Übrigens: Da während der Phosphorylierung Energie aufgenommen wird, nennst du den Vorgang eine endotherme Reaktion.

Die für die Phosphorylierung benötigte Energie wird bei exothermen Reaktionen des Stoffwechsels (Katabolismus) erzeugt. Hier werden große, energiereiche Stoffe, wie Kohlenhydrate, Proteine und Fette in kleinere energiearme Stoffe abgebaut. Das findet z. B. bei der Zellatmung statt. Pflanzen nutzen dagegen vor allem Lichtenergie.

ATP — Zellatmung

Adenosintriphosphat wird in großen Mengen bei der Zellatmung produziert. Diese besteht aus den folgenden drei Schritten:

• Glykolyse
• Citratzyklus
• Atmungskette

Bei der Zellatmung werden Glucose und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut. Dabei werden etwa 30 ATP Moleküle produziert.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 6CO₂ + 6H₂O + Energie

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Das meiste ATP 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:

• Lichtreaktion
• Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus)

Kohlenstoffdioxid und Wasser reagieren während der Photosynthese unter Einfluss von Energie zu Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff.

6CO₂ + 6H₂O + Energie C₆H₁₂O₆ + 6O₂

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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.

Übrigens: Adenosintriphosphat ist nicht nur ein wichtiger Energielieferant. ATP aktiviert z. B. auch Enzyme in deinem Stoffwechsel und der Blutzuckerregulation. Außerdem ist es an Prozessen im Nervensystem wie der Durchblutungsregulation und der Reaktion auf Entzündungen beteiligt.

Adenosintriphosphat (ATP) — häufigste Fragen

• Was ist ein ATP Molekül?
  Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Molekül, das aus der Base Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatresten besteht. Es dient als Hauptenergieträger der Zellen aller Lebewesen.
   
• Wie sieht der ATP Aufbau aus?
  Das Molekül Adenosintriphosphat (ATP) besteht aus der Base Adenin, einem Ribose-Zucker und drei Phosphatresten. ATP kann zu Adenosindiphosphat (ADP) abgebaut werden. Dabei wird ein Phosphatrest und Energie frei, die von den Zellen genutzt werden kann. Auf diese Weise funktioniert ATP als Hauptenergieträger aller Lebewesen.
   
• Wie wird ATP vom Körper produziert?
  Adenosintriphosphat (ATP) wird im Körper nicht nur verbraucht, sondern auch wiederhergestellt. Dafür reagiert Adenosindiphosphat (ADP) mit Phosphor und nimmt eine Phosphatgruppe auf. Dieser Prozess heißt Phosphorylierung. Dabei wird Energie verbraucht.
   
• Warum ist ATP in der Biologie so wichtig?
  Adenosintriphosphat (ATP) ist ein energiereiches Molekül. Es dient in den Zellen aller Lebewesen als Energieträger für zahlreiche Prozesse. Dazu zählen unter anderem chemische Abläufe, Muskelkontraktionen und die Weiterleitung von Nervenimpulsen.

Zellatmung

ATP wird in großen Mengen bei der Zellatmung produziert. Was genau die Zellatmung ist und wie sie abläuft, erfährst du in diesem Video!