El ATP y las mitocondrias son esenciales para el funcionamiento de las células humanas. El cuerpo usa adenosina trifosfato (ATP) para obtener energía, y las mitocondrias son los orgánulos donde se produce energía en cada una de estas células. Específicamente, el ATP se produce en los pliegues de la membrana interna de la mitocondria. Cuantos más pliegues o crestas tenga la membrana mitocondrial, más ATP puede producir.
Cada célula eucariota tiene una o más mitocondrias dependiendo del propósito de la célula y la cantidad de energía que la célula generalmente necesita para funcionar. Cada mitocondria tiene una membrana externa lisa y una membrana interna altamente plegada. La membrana interna contiene la cadena de transporte de electrones utilizada en la respiración celular. La respiración celular es el proceso que transforma la energía química almacenada en los alimentos en energía que se puede utilizar en el cuerpo, a saber, el ATP.
En los humanos, la cadena de transporte de electrones es el paso final en la respiración celular aeróbica. Un electrón excitado se pasa por una cadena de proteínas incrustadas en la membrana interna de una mitocondria. En cada proteína, se libera algo de energía y esa energía se usa para poner un grupo fosfato adicional en el difosfato de adenosina (ADP) para formar una molécula de ATP. La cadena de transporte de electrones puede producir hasta 34 moléculas de ATP por ciclo, dependiendo del tipo de célula y las condiciones ambientales.
La cantidad de ATP y mitocondrias dentro de una célula depende de su función. Las células que requieren más energía, como las células musculares, tienden a tener más mitocondrias que algunas otras células. Además, estas mitocondrias tienen más crestas. Dado que las crestas son las ubicaciones de las cadenas de transporte de electrones, las células con más mitocondrias y más crestas pueden producir más ATP. Los cambios en la acidez o la temperatura del ambiente pueden hacer que las proteínas que forman la membrana interna de las mitocondrias se desarrollen y la célula puede perder parte de su capacidad para producir ATP.
La producción de ATP en las mitocondrias también depende de la presencia de oxígeno. El oxígeno es el aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones. Si no hay suficiente oxígeno disponible, la cadena de transporte de electrones retrocede y no funcionará en la producción de ATP. La mayoría de los organismos se someten a fermentación en este caso para producir una cantidad mínima de ATP para continuar las funciones corporales regulares. Los períodos prolongados sin suficiente oxígeno pueden causar daños permanentes en varias partes del cuerpo debido a la falta de energía.
El ATP libera energía al romper un enlace que mantiene uno de los tres grupos fosfato a la adenosina. Cada uno de esos enlaces contiene una gran cantidad de energía que puede ser utilizada por el cuerpo. Si se libera un grupo fosfato, el ATP se convierte en una molécula de ADP. Se puede separar un grupo fosfato más para producir monofosfato de adenosina (AMP). El AMP puede adquirir un grupo fosfato para producir ADP, y si se agrega otro grupo fosfato utilizando energía de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias, se convierte nuevamente en ATP.