ATP — die Energiewährung der Zelle
Fast jeder energieverbrauchende Vorgang in der Zelle wird mit ATP „bezahlt“.
- Aufbau: Adenosintriphosphat = Adenin + Ribose + drei Phosphatgruppen.
- Hydrolyse: Die endständige Phosphatgruppe wird abgespalten: ATP + H₂O → ADP + Pi. Dabei wird Energie frei.
- Energiebilanz: Die Produkte sind energieärmer: Die negativ geladenen Phosphatgruppen stoßen sich im ATP ab, ADP und Pi sind stabiler hydratisiert.
- Kreislauf: ADP wird in der Zellatmung wieder zu ATP phosphoryliert — ATP ist ein kurzfristiger Überträger, kein Speicher.
- Umsatz: Der Körper enthält nur rund 250 g ATP, setzt aber täglich etwa seine eigene Körpermasse um.
ATP-Hydrolyse: ATP + H2O → ADP + Pi · \(\Delta G^{\circ\prime} = -30{,}5\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)
Energetische Kopplung
Endergonische Reaktionen (\(\Delta G > 0\)) laufen nur ab, wenn eine stärker exergonische Reaktion sie antreibt.
- Prinzip: Beide Reaktionen laufen am selben Enzym ab und haben ein gemeinsames Zwischenprodukt.
- Phosphorylierung: ATP überträgt seine Phosphatgruppe auf das Substrat — das phosphorylierte Zwischenprodukt ist energiereicher und reagiert weiter.
- Genutzt für: Synthesen (z. B. Proteine), Bewegung (Muskelkontraktion) und Transport gegen ein Konzentrationsgefälle (Ionenpumpen).
Allein endergonisch — läuft nicht freiwillig ab.
Beide Gleichungen addieren; Pi und H2O kürzen sich heraus.
\(\Delta G = +13{,}8 + (-30{,}5) = -16{,}7\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)
Die gekoppelte Reaktion ist exergonisch und läuft ab.
Kopplung: \(\Delta G_{\text{gesamt}} = \Delta G_{\text{Ziel}} + \Delta G_{\text{ATP}}\) — die Reaktion läuft ab, wenn \(\Delta G_{\text{gesamt}} < 0\).
Die Zielreaktion links läuft allein nicht ab. Baue eine Partnerreaktion ein: Karte anklicken — oder mit Tab/←→ wählen und Enter drücken. Ein Klick auf den rechten Platz nimmt die Karte wieder heraus. „Anderes Beispiel“ wechselt die Zielreaktion.
Halte fest: Eine endergonische Reaktion läuft ab, wenn sie mit der ATP-Hydrolyse gekoppelt wird und die Summe der ΔG-Werte negativ ist. Wärme aus der Umgebung kann eine Zellreaktion nicht antreiben.
Allgemeine Hinweise
Keine „energiereiche Bindung“
Beim Spalten einer Bindung wird nie Energie frei. Frei wird sie, weil ADP und Phosphat zusammen energieärmer sind als ATP.
Vorzeichen mitschreiben
Exergonisch heißt \(\Delta G < 0\), endergonisch \(\Delta G > 0\). Beim Addieren das Minuszeichen der ATP-Hydrolyse nicht vergessen.
ATP ist kein Speicher
Langfristig speichern Zellen Energie in Fetten, Stärke und Glykogen. ATP überträgt Energie nur über Sekunden bis Minuten.
