Zawartość
- Struktura ATP
- Jak oddychanie komórkowe wytwarza ATP
- Glikoliza
- Cykl Krebsa
- Łańcuch transportu elektronów
- Ile ATP powstaje na każdym etapie oddychania komórkowego?
- Dlaczego komórki potrzebują ATP?
- Jakie procesy wykorzystują ATP?
ATP (trifosforan adenozyny) jest cząsteczką organiczną występującą w żywych komórkach. Organizmy muszą być w stanie poruszać się, rozmnażać i znajdować pożywienie.
Działania te wymagają energii i są oparte na reakcje chemiczne w komórkach tworzących organizm. Energia dla tych reakcji komórkowych pochodzi z cząsteczki ATP.
Jest to preferowane źródło paliwa dla większości żywych istot i jest często określane jako „molekularna jednostka waluty”.
Struktura ATP
Cząsteczka ATP składa się z trzech części:
Energia jest magazynowana w połączeniach między grupami fosforanowymi. Enzymy mogą odłączyć jedną lub dwie grupy fosforanowe, uwalniając zmagazynowaną energię i czynności napędzające, takie jak skurcz mięśni. Gdy ATP traci jedną grupę fosforanową, staje się ADP lub difosforan adenozyny. Kiedy ATP traci dwie grupy fosforanowe, zmienia się na AMP lub monofosforan adenozyny.
Jak oddychanie komórkowe wytwarza ATP
Proces oddychania na poziomie komórkowym ma trzy fazy.
W pierwszych dwóch fazach cząsteczki glukozy rozkładają się i wytwarzany jest CO2. W tym momencie syntetyzuje się niewielką liczbę cząsteczek ATP. Większość ATP powstaje podczas trzeciej fazy oddychania poprzez kompleks białkowy zwany Syntaza ATP.
Końcowa reakcja w tej fazie łączy pół cząsteczki tlenu z wodorem w celu wytworzenia wody. Szczegółowe reakcje każdej fazy są następujące:
Glikoliza
Sześciowęglowa cząsteczka glukozy otrzymuje dwie grupy fosforanowe z dwóch cząsteczek ATP, zamieniając je w ADP. Sześciowęglowy fosforan glukozy jest podzielony na dwie trójwęglowe cząsteczki cukru, każda z dołączoną grupą fosforanową.
Pod działaniem koenzymu NAD + cząsteczki fosforanu cukru stają się trójwęglowymi cząsteczkami pirogronianu. Cząsteczka NAD + staje się NADH, a cząsteczki ATP są syntetyzowane z ADP.
Cykl Krebsa
Cykl Krebsa jest również nazywany cykl kwasu cytrynowego, i uzupełnia rozkład cząsteczki glukozy, generując jednocześnie więcej cząsteczek ATP. Dla każdej grupy pirogronianowej jedna cząsteczka NAD + utlenia się do NADH, a koenzym A dostarcza grupę acetylową do cyklu Krebsa, uwalniając cząsteczkę dwutlenku węgla.
Dla każdego obrotu cyklu przez kwas cytrynowy i jego pochodne, cykl wytwarza cztery cząsteczki NADH dla każdego wkładu pirogronianu. W tym samym czasie cząsteczka FAD przyjmuje dwa atomy wodoru i dwa elektrony FADH2, i uwalniane są jeszcze dwie cząsteczki dwutlenku węgla.
Wreszcie, jedna cząsteczka ATP jest wytwarzana na jeden obrót cyklu.
Ponieważ każda cząsteczka glukozy wytwarza dwie grupy wejściowe pirogronianu, potrzebne są dwa zwoje cyklu Krebsa do metabolizmu jednej cząsteczki glukozy. Te dwa zwoje wytwarzają osiem cząsteczek NADH, dwie cząsteczki FADH2 i sześć cząsteczek dwutlenku węgla.
Łańcuch transportu elektronów
Ostatnią fazą oddychania komórek jest łańcuch transportu elektronów lub ITP. Ta faza wykorzystuje tlen i enzymy wytwarzane w cyklu Krebsa do syntezy dużej liczby cząsteczek ATP w procesie zwanym oksydacyjna fosforylacja. NADH i FADH2 początkowo przekazują do łańcucha elektrony, a seria reakcji gromadzi energię potencjalną do tworzenia cząsteczek ATP.
Po pierwsze, cząsteczki NADH stają się NAD +, gdy przekazują elektrony do pierwszego kompleksu białkowego łańcucha. Cząsteczki FADH2 przekazują elektrony i atomy wodoru do drugiego kompleksu białkowego łańcucha i stają się FAD. Cząsteczki NAD + i FAD są zwracane do cyklu Krebsa jako dane wejściowe.
Gdy elektrony przemieszczają się w dół łańcucha w serii redukcji i utleniania, lub redoks reakcje, uwolniona energia jest wykorzystywana do pompowania białek przez błonę, albo przez błonę komórkową prokariota lub w mitochondriach dla eukarionty.
Kiedy protony dyfundują z powrotem przez błonę przez kompleks białkowy zwany syntazą ATP, energia protonu jest wykorzystywana do przyłączenia dodatkowej grupy fosforanowej do ADP, tworząc cząsteczki ATP.
Ile ATP powstaje na każdym etapie oddychania komórkowego?
ATP jest wytwarzany na każdym etapie oddychania komórkowego, ale pierwsze dwa etapy koncentrują się na syntezie substancji na potrzeby trzeciego etapu, w którym odbywa się większość produkcji ATP.
Glikoliza najpierw zużywa dwie cząsteczki ATP do podziału cząsteczki glukozy, a następnie tworzy cztery cząsteczki ATP dla zysk netto dwa. Powstał cykl Krebsa jeszcze dwie cząsteczki ATP dla każdej użytej cząsteczki glukozy. Wreszcie, ETC wykorzystuje do produkcji dawców elektronów z poprzednich etapów 34 cząsteczki ATP.
Reakcje chemiczne oddychania komórkowego wytwarzają zatem łącznie 38 cząsteczek ATP dla każdej cząsteczki glukozy, która wchodzi w glikolizę.
W niektórych organizmach dwie cząsteczki ATP są wykorzystywane do przenoszenia NADH z reakcji glikolizy w komórce do mitochondriów. Całkowita produkcja ATP dla tych komórek wynosi 36 cząsteczek ATP.
Dlaczego komórki potrzebują ATP?
Zasadniczo komórki potrzebują ATP do energii, ale istnieje kilka sposobów wykorzystania energii potencjalnej z wiązań fosforanowych cząsteczki ATP. Najważniejsze cechy ATP to:
Trzecie wiązanie grupy fosforanowej to najbardziej energiczny, ale w zależności od procesu enzym może zerwać jedno lub dwa wiązania fosforanowe. Oznacza to, że grupy fosforanowe zostają tymczasowo przyłączone do cząsteczek enzymu i powstaje ADP lub AMP. Cząsteczki ADP i AMP są później zamieniane z powrotem na ATP podczas oddychania komórkowego.
The cząsteczki enzymu przenieś grupy fosforanowe do innych cząsteczek organicznych.
Jakie procesy wykorzystują ATP?
ATP znajduje się w żywych tkankach i może przenikać przez błony komórkowe, dostarczając energię tam, gdzie potrzebują jej organizmy. Trzy przykłady użycia ATP to synteza cząsteczek organicznych zawierających grupy fosforanowe, reakcje ułatwione przez ATP i transport aktywny cząsteczek przez błony. W każdym przypadku ATP uwalnia jedną lub dwie grupy fosforanowe, aby umożliwić przebieg procesu.
Na przykład składają się cząsteczki DNA i RNA nukleotydy które mogą zawierać grupy fosforanowe. Enzymy mogą oddzielić grupy fosforanowe od ATP i w razie potrzeby dodać je do nukleotydów.
W przypadku procesów z udziałem białek aminokwasy lub chemikalia stosowane do skurczu mięśni, ATP może przyłączać grupę fosforanową do cząsteczki organicznej. Grupa fosforanowa może usuwać części lub pomagać w dodawaniu do cząsteczki, a następnie uwalniać ją po zmianie. W komórkach mięśniowych tego rodzaju działanie jest przeprowadzane dla każdego skurczu komórki mięśniowej.
W aktywnym transporcie ATP może przenikać przez błony komórkowe i zabierać ze sobą inne substancje. Może także przyłączać grupy fosforanowe do cząsteczek zmienić ich kształt i pozwolić im przejść przez błony komórkowe. Bez ATP procesy te zostałyby zatrzymane, a komórki przestałyby działać.