Figura arată de unde vine energia pentru contracția musculară: din ATP. Panoul (a) urmărește drumul acestei energii, de sus în jos, de la caseta respirație celulară până la filamentele de actină și miozină. Cele două cercuri sunt reacții scrise pe câte un rând și parcurse de săgeți în ambele sensuri: arcul de sus într-un sens, arcul de jos în sens invers. Panoul (b) arată structura chimică a ATP-ului, molecula care poartă energia.

(a) Cele două ramuri ale energiei

Din caseta respirație celulară, o săgeată coboară spre caseta energie. Reacțiile respirației celulare care furnizează ATP au loc în citoplasmă și în mitocondrii, iar în fibra musculară mitocondriile sunt numeroase și așezate lângă filamentele subțiri și groase. Pentru a se finaliza, aceste reacții au nevoie de oxigen.

Sub caseta energie, drumul se desparte, iar desenul scrie lângă fiecare ramură când este urmată:

• Rezerve adecvate de ATP: săgeata orizontală duce energia în cercul de sus, unde se formează fosfocreatina. Când celula are destul ATP, energia este pusă deoparte sub această formă.
• Rezerve scăzute de ATP: săgeata care coboară duce energia în cercul de jos, unde servește la refacerea ATP-ului. Rezervele de ATP din fibra musculară sunt limitate, de aceea ATP-ul trebuie regenerat în permanență din ADP și grupări fosfat.

Cercul fosfocreatinei

Rândul care traversează cercul de sus se citește energie + creatină + $\ce{PO4}$ = fosfocreatină (creatin fosfat). Pe arcul de sus, creatina și gruparea fosfat se unesc, cu energia primită, în fosfocreatină. Fosfocreatina conține legături fosfat cu nivel energetic ridicat și este un depozit de energie celulară.

Arcul de jos se întoarce de la fosfocreatină la creatină, adică depozitul este folosit. Din caseta energie a rândului pleacă o săgeată care coboară și se unește cu ramura rezervelor scăzute de ATP. Așa arată desenul ce spune textul: când ATP-ul este epuizat, fosfocreatina eliberează energie, transferând fosfatul unei molecule de ADP, ca să regenereze ATP-ul. Fosfocreatina este una dintre sursele de regenerare a ATP-ului.

Cercul ATP-ului

Rândul cercului de jos se citește ATP = $\ce{PO4}$ + ADP + energie, iar cele două arce îl parcurg în sensuri opuse:

• Arcul de sus, de la ATP spre energie, este scindarea ATP-ului. O face ATP-aza, o enzimă din capetele filamentelor de miozină, care desface ATP-ul în ADP și grupări fosfat și eliberează energia din moleculă. Locul de cuplare a ATP-ului pe capul miozinei se vede în Figura 8.3. Textul din dreapta spune la ce folosește energia: induce interacțiunea dintre filamentele de actină și miozină, adică activitatea actino-miozinică ce determină contracția musculară (Figura 8.2).
• Arcul de jos, de la energie înapoi la ATP, este refacerea moleculei: ADP-ul și gruparea fosfat se leagă din nou, la fel cum se reîncarcă o baterie. Energia necesară sosește pe ramura rezervelor scăzute de ATP, direct de la respirația celulară sau din fosfocreatină.

(b) Structura chimică a ATP-ului

Panoul de jos desenează atom cu atom molecula de adenozin-trifosfat (ATP), o nucleotidă din ARN cu grupări fosfat suplimentare. Se citește de la stânga la dreapta (Figura 19.1 arată aceeași moleculă, cu părțile denumite):

• Adenina, în stânga, este baza azotată, o bază purinică cu două inele de atomi de carbon și azot și o grupare $\ce{NH2}$ în vârf. Printr-un atom de azot, ea se leagă de primul atom de carbon al ribozei.
• Riboza, la mijloc, este o pentoză, adică o glucidă cu 5 atomi de carbon. Inelul ei este închis de atomul de oxigen desenat dedesubt, iar ultimul atom de carbon o leagă de fosfați.
• Cele trei grupări fosfat, în dreapta, sunt construite fiecare în jurul unui atom de $\ce{P}$, iar lanțul se termină cu o grupare $\ce{OH}$.

Legăturile prin care se prind a doua și a treia grupare fosfat nu sunt desenate cu o linie, ci cu semnul ~. Ele sunt legăturile cu nivel energetic ridicat din legenda figurii: când sunt scindate, se eliberează energie pentru activitatea celulei musculare. ATP-aza (adenozin-trifosfataza) desprinde ultima grupare fosfat și o eliberează ca ion fosfat. Rămâne ADP (adenozin-difosfat), iar energia este eliberată. Este chiar reacția de pe arcul de sus al cercului ATP-ului.

Când rezervele se epuizează

Când un mușchi este extrem de activ, rezervele de ATP și de fosfocreatină se pot epuiza. Atunci metabolismul glucidic devine sursa de energie a celulei musculare, prin respirația celulară din vârful schemei. Dacă mușchiul se contractă intens câteva minute, oxigenul nu mai ajunge destul de repede, iar celula depinde de ATP-ul din faza anaerobă a respirației celulare. Glicoliza anaerobă furnizează două molecule de ATP pentru fiecare moleculă de glucoză scindată, iar când rezerva de oxigen a celulei este epuizată, acidul piruvic rezultat este convertit în acid lactic. Acumularea lui aduce oboseala musculară extremă și datoria de oxigen. Oxigenul suplimentar cerut de această datorie servește, printre altele, la resinteza ATP-ului prin respirație celulară și la formarea fosfocreatinei, adică la refacerea celor două rezerve din schemă.