גופנו זקוק לאנרגיה לתפקודו. המנגנון העיקרי להפקת אנרגיה הוא תהליך הנשימה התאית. בתהליך הזה פועל מנוע קטן ומופלא בשם "ATP סינתאז". הסרטון שלפנינו ממחיש איך המנוע הזה פועל לצורך הפקת אנרגיה בצורת מולקולות של ATP. הסרטון הוא באנגלית, לכן הוספתי עבורכם בהמשך העמוד תרגום שלו והסברים.
 

הסרטון נלקח מהספר: Essential Cell Biology, מהדורה שלישית, מאת Alberts, Bray, Hopkin, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, & Walter. ראה אור בהוצאת Garland Science. לאתר הספר

ATP היא מולקולה עתירת אנרגיה, שמכילה קבוצת אדנוזין ושלוש קבוצות של זרחן אנאורגני או זרחה (Pi) שקשורות אליה. הידרוליזה של קבוצת הזרחן השלישית גורמת לשחרור של אנרגיה שמאפשרת לגוף להפעיל אנזימים שונים בתוכו. תהליך הייצור של ה-ATP מתרחש במיטוכונדריה על ידי האנזים ATP סינתאז. האנזים הזה מעביר פרוטונים מאזור עם ריכוז גבוה לאזור עם ריכוז פרוטונים נמוך, וכך מנצל את האנרגיה של מפל הריכוזים שלהם כדי לייצר ATP.

האנזים ATP סינתאז מורכב משלושה חלקים עיקריים: מנוע F0 שקושר פרוטונים; ציר שמוליך את התנועה הסיבובית, ו-F1 ATPase שמרכיב מולקולות ATP מ-ADP וזרחה (פוספט).

תחילה הפרוטונים מבחוץ נקשרים לאתר קישור במנוע, שגורם במנוע לשינוי מבני שמסובב אותו מעט וחושף את אתר הקישור הבא. כשפרוטון מסיים סיבוב מלא הוא נפלט פנימה למיטוכונדריה ומאפשר כך לפרוטון חדש להיקשר. המנוע מנצל למעשה את מפל הריכוזים של הפרוטונים כדי להסתובב, וכך ממיר אנרגיה כימית לאנרגיה מכנית.

הציר מקשר בין המנוע ל-F1 וממיר סיבוב אנכי לסיבוב אופקי. הסיבוב של F1 מחולק לכמה שלבים: קישור של ADP וזרחה, סגירה שלהם בתא שטח קטן שמאלצת אותם להיקשר, ושחרור מולקולת ה-ATP החדשה. ייצור ATP כמעט שאינו מתבצע בתא באופן ספונטני, ולכן נחוץ אנזים שיזרז את מלאכת הייצור.

כמו כל אנזים בגוף, גם ATP סינתאז יעבוד הפוך בהינתן התנאים המתאימים. כלומר אם ריכוזי הפרוטונים וה-ATP בתוך המיטוכונדריה יהיו גבוהים, האנזים יסתובב הפוך, יפלוט פרוטונים החוצה ויפרק ATP ל-ADP ופוספט.

בסרטון מתואר ניסוי מעבדה שבו חיברו למנוע סיב פלורסנטי זעיר והוסיפו לתמיסה ATP. אפשר לראות בו  שהסיב החל להסתובב עקב תנועת המנוע, שנגרמה מפירוק ה-ATP.

ה-ATP סינתאז הוא מנוע כמעט מושלם, היעילות שלו עומדת על כ-97 אחוז, הרבה מעבר לרמת היעילות של כל מנוע מעשה ידי אדם. הוא מנצל אנרגיה זמינה לייצור האנרגיה הדרושה לגוף במחיר אנרגטי נמוך – כמעט בלי לאבד אנרגיה לסביבה.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

 הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.