Warum kann ATP nicht im Überschuss gespeichert werden?

Vergleichen wir ATP, Glukose und Fettsäuren in Bezug auf die Energiespeicherung.

• ATP hat ein Molekulargewicht von 507 Da
• Glukose hat ein Molekulargewicht von 180 Da und enthält die gleiche Energiemenge wie 31 ATP-Moleküle
• Fettsäuren variieren in der Größe, aber ein Gramm Fett enthält etwa doppelt so viel Energie wie ein Gramm Glukose (oder Glykogen).

Der Unterschied in der Energiedichte ist enorm, man bräuchte enorme Mengen an ATP, um Glukose/Glykogen als Energiespeicher zu ersetzen, ganz zu schweigen von Fett. Sie können nicht eine beliebige Menge an ATP-Molekülen in eine Zelle geben, Sie bekommen Probleme aufgrund des osmotischen Drucks, den viele Moleküle in der Zelle verursachen würden. Aufgrund dieses Effekts wird Glukose als Glykogen in den Zellen gespeichert, wodurch aus vielen Glukosemolekülen ein großes Glykogenmolekül entsteht.

Noch größer wird der Energiedichteunterschied, wenn man berücksichtigt, dass ATP und Glukose Wasser binden, während Fett ohne umgebendes Wasser gespeichert wird. Der tatsächliche Unterschied in der Energiedichte von Glykogen und Fett beträgt etwa das 6-fache.

ATP ist auch nicht so stabil wie Fett, es kann in Wasser hydrolisiert werden. Dies wäre ein Problem für die Langzeitspeicherung von Energie.

Weitere Details finden Sie in Alberts "Molecular Biology of the Cell"

Ich denke, @AlanBoyd und @MadScientist haben die Antwort angesprochen, Fett ist aufgrund seiner Dichte besser zum Speichern von Energie geeignet als ATP; ATP ist optimal für eine schnelle Umwandlung in Bioenergie. Betrachten Sie die Frage anders: ATP im Bioenergiezyklus ist dynamisch - es ist ein Energiefluss von Nahrung und Atem zu Bioenergie.

Biologische Energie wird im Wesentlichen genauso schnell verbraucht, wie wir sie aufnehmen. Die überwiegende Mehrheit wird verbraucht, sobald sie verfügbar ist. Wenn wir versuchen würden, genug ATP für sagen wir eine Stunde zu speichern, wären die Kosten hoch.

Diese Berechnung auf der Rückseite der Hüllkurve (siehe Abschnitt 3.8) zeigt, dass 1 Tag ATP 64,5 kg bei einer täglichen Energieaufnahme von 2800 kcal entspricht . Ungefähr gleich dem Körpergewicht.

Natürlich wird ATP im Überschuss gespeichert – allerdings nur wenige Sekunden wert, 8 wenn man Leistungsradfahrern Glauben schenkt . ATP ist ein ziemlich kleines Quantum Energie... Selbst eine einstündige Speicherung würde 12 Pfund zu einem Körpergewicht eines Erwachsenen hinzufügen. Das ist eine Menge. Und welchen Vorteil würde uns das bringen? Wir können uns möglicherweise länger an hochenergetischen Aktivitäten beteiligen (die ATP schneller verbrauchen, als wir es herstellen können). Aber bisher sieht es so aus, als ob Effizienzsteigerungen bei der Erzeugung von ATP ausreichten, damit Tiere konkurrenzfähig bleiben.

Schauen Sie sich an, wie die Evolution mit der anderen Komponente der Bioenergie umgegangen ist: Sauerstoff. Wir können unseren Atem nicht länger als ein paar Minuten anhalten. 22 Minuten ist der aktuelle menschliche Rekord; beeindruckend, aber immer noch nicht so lang. Sauerstoff wird in Hülle und Fülle von außen zugeführt, und die Anpassungskosten für die interne Speicherung von Sauerstoff würden den Aufbau einer solchen Kapazität für die meisten von uns einfach nicht rechtfertigen. Es scheint sogar, dass Wassersäuger nur so lange die Luft anhalten, wie wir es können, wenn wir üben. 20 Minuten für Orcas. Pinguine auch . Dies soll keine Übersicht über die Fähigkeit aller Tiere sein, Sauerstoff zu speichern, der Punkt ist, dass die Speicherung von Sauerstoff Anpassungskosten hat, die nicht trivial sind.

Keine vollständige Antwort, aber ein paar zufällige Gedanken, um das Gespräch zu beginnen:

1) Es gibt ein weiteres Molekül, das als Speicher für den schnellen Zugriff verwendet wird, und das ist Phosphokreatin, das zur sehr schnellen Rephosphorylierung von ADP im Muskel verwendet werden kann. Im ruhenden Muskel ist es mit etwa dem 5-fachen des ATP-Spiegels vorhanden.

2) Der ATP-Spiegel wird von den Zellen auch als regulatorischer Input verwendet – mit anderen Worten, der Abfall des ATP-Spiegels zu Beginn des Trainings löst eine Reaktion aus, um ATP wieder aufzufüllen, z. B. durch den Abbau von Glykogen. Aus dieser Sicht ist es nützlich, eine "Energiewährung" der Endstufe zu haben, die direkt als Enzymsubstrat wirken kann und deren Niveau ein empfindlicher Indikator für den aktuellen Energiebedarf ist.

3) ATP ist auch ein Substrat für die RNA-Polymerase. Wenn ATP in weitaus höheren Konzentrationen als UTP, CTP und GTP vorhanden wäre, würde es wahrscheinlich Transkriptionsfehler verursachen und könnte auch die regulatorische Rolle von GTP-bindenden Proteinen stören, da es als Konkurrent für die Bindung an der GTP-Bindungsstelle wirken würde.

4) In jedem Fall, wenn ATP für eine schnelle Verwendung in einer viel höheren Konzentration gehalten werden soll, müssten die ATP-Erzeugungssysteme vermutlich, sobald es mit der Verwendung begonnen hat, anlaufen, um zu versuchen, den Pool wieder aufzufüllen. Mit anderen Worten, die Dinge wären wirklich nicht anders als sie sind, sondern würden einfach auf einem höheren ATP-Ruheniveau funktionieren.

1. Es gibt eine hohe Rate an ATP-abhängigen Prozessen in der Zelle, so dass ATP unmittelbar nach seiner Synthese verbraucht wird.
2. ATP ist in einer Wasserumgebung sehr instabil. Es wird leicht hydrolysiert und ist daher nicht ideal für die Lagerung in der sehr wässrigen zellulären Umgebung. Dies macht es ideal, stattdessen Kohlenstoff für die ATP-Produktion zu speichern.