Adenosintriphosphat

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 16. November 2016
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Adenosintriphosphat oder ATP ist als energiereichstes Molekül im Organismus für alle Energie übertragenden Prozesse verantwortlich. Es ist ein Mononukleotid der Purinbase Adenin und stellt daher auch ein Baustein der Nukleinsäuren dar. Störungen bei der Synthese von ATP hemmen die Energiefreisetzung und führen zu Erschöpfungszuständen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Adenosintriphosphat?

Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Mononukleotid des Adenins mit drei Phosphatgruppen, welche jeweils über eine Anhydridbindung miteinander verbunden sind. Dabei stellt ATP das zentrale Molekül zur Übertragung von Energie im Organismus dar.

Die Energie ist hauptsächlich in der Anhydridbindung des Betaphosphatrestes zum Gammaphosphatrest gebunden. Wird ein Phosphatrest unter der Bildung von Adenosindiphosphat entfernt, kommt es zu einer Energiefreisetzung. Diese Energie wird dann für Energie verbrauchende Prozesse verwendet. Als Nukleotid besteht ATP aus der Purinbase Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatresten. Zwischen Adenin und Ribose besteht eine glykosidische Bindung. Des Weiteren ist der Alphaphosphatrest durch eine Esterbindung mit der Ribose verbunden.

Zwischen Alpha- Beta- und Gammaphosphat existiert jeweils eine Anhydridbindung. Nach der Entfernung von zwei Phosphaten entsteht das Nukleotid Adenosinmonophosphat (AMP). Dieses Molekül ist ein wichtiger Baustein der RNS.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Adenosintriphosphat übt vielfältige Funktionen im Organismus aus. Seine wichtigste Funktion besteht in der Speicherung und Übertragung von Energie. Alle Prozesse im Körper sind mit Energieübertragungen und Energieumwandlungen verbunden. So muss der Organismus chemische, osmotische oder mechanische Arbeit leisten. Für all diese Prozesse stellt ATP schnell Energie zur Verfügung.

ATP ist ein kurzfristiger Energiespeicher, welcher schnell aufgebraucht ist und daher immer wieder neu synthetisiert werden muss. Der größte Teil der Energie verbrauchenden Prozesse stellen Transportprozesse innerhalb der Zelle und aus der Zelle heraus dar. Dabei werden Biomoleküle zu den Orten ihrer Reaktion und Umsetzung transportiert. Anabole Vorgänge wie die Proteinsynthese oder die Bildung von Körperfett erfordern ebenfalls ATP als Energie übertragendes Agen. Molekültransporte durch die Zellmembran oder die Membranen verschiedener Zellorganellen sind auch energieabhängig.

Des Weiteren kann die mechanische Energie für die Muskelkontraktionen nur durch die Wirkung von ATP aus Energie liefernden Prozessen zur Verfügung gestellt werden. Neben seiner Funktion als Energieträger ist ATP auch ein wichtiges Signalmolekül. Es fungiert als Cosubstrat für die sogenannten Kinasen. Kinasen sind Enzyme, welche Phosphatgruppen auf andere Moleküle übertragen. Hauptsächlich handelt es sich um Proteinkinasen, die durch die Phosphorylierung von verschiedenen Enzymen deren Aktivität beeinflussen. Extrazellulär ist ATP ein Agonist von Rezeptoren von Zellen des peripheren und zentralen Nervensystems.

Damit beteiligt es sich an der Regulierung der Durchblutung und der Auslösung von Entzündungsreaktionen. Bei Verletzungen des Nervengewebes wird es vermehrt ausgeschüttet, um die verstärkte Bildung von Astrozyten und Neuronen zu vermitteln.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Adenosintriphosphat ist nur ein kurzfristiger Energiespeicher und wird bei Energie verbrauchenden Prozessen innerhalb weniger Sekunden verbraucht. Daher ist seine ständige Regenerierung eine lebensnotwendige Aufgabe. Das Molekül spielt eine derart zentrale Rolle, dass innerhalb eines Tages ATP mit einer Masse von der Hälfte des Körpergewichtes produziert wird. Dabei wird Adenosindiphosphat durch eine zusätzliche Bindung mit Phosphat unter Energieverbrauch in Adenosintriphosphat verwandelt, welches sofort wieder unter Abspaltung des Phosphats unter Rückverwandlung in ADP Energie liefert.

Für die Regeneration von ATP stehen zwei unterschiedliche Reaktionsprinzipien zur Verfügung. Ein Prinzip besteht in der Substratkettenphosphorylierung. Bei dieser Reaktion wird bei einem Energie liefernden Prozess ein Phosphatrest direkt auf ein intermediäres Molekül übertragen, welcher sofort an ADP unter Bildung von ATP weitergegeben wird. Ein zweites Reaktionsprinzip ist als Elektronentransportphosphorylierung Bestandteil der Atmungskette. Diese Reaktion findet nur in den Mitochondrien statt. Im Rahmen dieses Prozesses wird über verschiedene Protonen transportierende Reaktionen durch die Membran ein elektrisches Potenzial aufgebaut.

Durch den Rückfluss der Protonen kommt es unter Energieabgabe zur Bildung von ATP aus ADP. Diese Reaktion wird von dem Enzym ATP-Synthetase katalysiert. Insgesamt laufen diese Regenerationsprozesse für manche Erfordernisse noch zu langsam ab. So werden bei der Muskelkontraktion alle Vorräte an ATP nach zwei bis drei Sekunden verbraucht. Dafür steht in Muskelzellen energiereiches Kreatinphosphat zur Verfügung, welches sofort sein Phosphat zur Bildung von ATP aus ADP zur Verfügung stellt. Dieser Vorrat ist nun nach sechs bis zehn Sekunden erschöpft. Danach müssen die allgemeinen Regenerierungsprozesse wieder zum Tragen kommen. Durch die Wirkung von Kreatinphosphat ist es jedoch möglich, das Muskeltraining ohne vorzeitige Erschöpfung etwas auszudehnen.

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Krankheiten & Störungen

Wenn zu wenig Adenosintriphosphat produziert wird, kommt es zu Erschöpfungszuständen. ATP wird hauptsächlich in den Mitochondrien über die Elektronentransportphosphorylierung synthetisiert. Bei Störungen der Mitochondrienfunktion verringert sich auch die Produktion von ATP.

So wurde in Studien festgestellt, dass Patienten mit einem chronischen Erschöpfungssyndrom (Chronic Fatigue Syndrom, CFS) eine verminderte ATP-Konzentration aufwiesen. Diese verminderte Produktion von ATP korrelierte immer mit Störungen in den Mitochondrien (Mitochondriopathien). Ursachen für die Mitochondriopathien waren unter anderem zelluläre Hypoxie, Infektionen mit EBV, Fibromyalgien oder chronisch degenerative entzündliche Prozesse. Es gibt sowohl genetisch bedingte als auch erworbene Störungen der Mitochondrien. So sind ca. 150 verschiedene Erkrankungen beschrieben worden, welche zu einer Mitochondriopathie führen.

Unter anderem zählen dazu Diabetes mellitus, Allergien, Autoimmunerkrankungen, Demenz, chronische Entzündungen oder Immunschwächeerkrankungen. Die Erschöpfungszustände im Rahmen dieser Erkrankungen werden durch eine geringere Energiebereitstellung aufgrund der reduzierten Produktion von ATP hervorgerufen. In der Folge können Störungen der Mitochondrienfunktion zu Multiorganerkrankungen führen.

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