Chu trình ATP và khớp nối phản ứng tạo năng lượng

ATP là phân tử mang năng lượng và vận chuyển năng lượng cần thiết đến mọi cơ quan của cơ thể để cung cấp cho tế bào nguồn sống kịp thời. Chu trình ATP là sự giải phóng năng lượng có trong các liên kết phosphate đầu cuối năng lượng cao, được sử dụng để thực hiện nhiều phản ứng khác nhau của tế bào. Cùng tìm hiểu kỹ hơn về chu trình này và khớp nối phản ứng tạo năng lượng qua bài dưới đây.

1. Chu trình ATP là gì?

ATP là một nucleotide, điều này có thể khiến nhiều người ngạc nhiên. Thông thường, khi nhắc đến nucleotide, chúng ta liên tưởng ngay đến di truyền học và các phân tử như DNA. Tuy nhiên, khái niệm này không chỉ giới hạn ở DNA; nucleotide thực ra là những đơn vị cơ bản tạo nên axit nucleic. 

Nucleotide là các phân tử nhỏ có thể liên kết với nhau để tạo thành những phân tử lớn và phức tạp hơn. Vì vậy, ATP, DNA và RNA đều thuộc nhóm nucleotide. ATP chính là phân tử lưu trữ năng lượng hóa học trong cơ thể sống.

Chu trình ATP hay còn gọi là quá trình thủy phân ATP, nó tạo ra ADP (Adenosine diphosphate), Pi (phosphate vô cơ) và năng lượng. Trong một số trường hợp, ADP có thể tiếp tục thủy phân để tạo ra AMP (Adenosine monophosphate) và Pi.

Năng lượng giải phóng từ chu trình ATP được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các hoạt động của tế bào. Nhiều quá trình đòi hỏi năng lượng từ chu trình ATP và chuỗi truyền ATP như co cơ, vận chuyển tích cực, truyền tín hiệu tế bào, tổng hợp DNA và RNA, v.v.. Đây được xem là khớp nối tạo phản ứng năng lượng cho mọi hoạt động của cơ thể.

2. Chu trình ATP và khớp nối phản ứng tạo năng lượng cho tế bào

Chu trình ATP diễn ra sẽ bao gồm thủy phân ATP và kết quả thu được đó chính là năng lượng đầu ra ATP. 

2.1. Chu trình ATP thủy phân 

Các liên kết phosphoanhydride ở cuối ATP được gọi là liên kết năng lượng cao, vì chúng giải phóng một lượng năng lượng lớn khi bị thủy phân, cung cấp năng lượng cho các quá trình tế bào cần thiết. Phản ứng thủy phân trong chu trình ATP diễn ra như sau:

• Phân tử ATP + H₂O (nước) ⇋ ADP + Pi + Năng lượng

Phản ứng này có thể diễn ra theo cả hai chiều. Để tạo ra ATP, năng lượng cần được cung cấp, ADP và Pi sẽ tái tạo lại ATP. Năng lượng được lưu trữ dưới dạng ATP, và khi tế bào cần, chu trình ATP sẽ tiếp tục phản ứng thủy phân. Phản ứng ngược với quá trình thủy phân ATP, tức là quá trình tổng hợp ATP, được thể hiện như sau:

• ADP + Pi + Năng lượng ⇋ ATP + H₂O

Enzyme ATP synthase xúc tác cho quá trình tổng hợp ATP.

2.2. Năng lượng trong chuỗi truyền ATP 

Chu trình ATP hay còn được gọi là chuỗi truyền ATP là phản ứng chính để cung cấp năng lượng cho tế bào và cơ thể khi cần. Vậy một phản ứng trong chu trình ATP sẽ giải phóng bao nhiêu năng lượng?

Khi 1M ATP bị thủy phân thành ADP và phosphate vô cơ, −7,3 kcal/mol năng lượng sẽ được giải phóng. Trong tế bào sống, năng lượng giải phóng này gần như gấp đôi so với điều kiện tiêu chuẩn, đạt khoảng −14 kcal/mol.

• ATP + H₂O → ADP + Pi ΔG° = −7,3 kcal/mol (−30,5 kJ/mol)

Thủy phân ATP thành AMP và pyrophosphate (PPi) giải phóng −10,9 kcal/mol năng lượng.

• ATP + H₂O → AMP + PPi ΔG° = −10,9 kcal/mol (−45,6 kJ/mol)

Chu trình ATP là một trong số các phản ứng cần thiết để cung cấp năng lượng cho các tế bào của cơ thể hoạt động hiệu quả. Điều này đóng vai trò quan trọng cho sự sống của mọi cá thể, trong đó có con người. Để duy trì mức năng lượng ATP cần thiết cho cơ thể, bạn nên thực hiện lối sống lành mạnh, ăn uống đầy đủ và thường xuyên tập thể dục thể thao.

Nguồn tham khảo: nagwa.com, byjus.com