Sisältö
- ATP: n rakenne
- Kuinka soluhengitys tuottaa ATP: tä
- Glykolyysivaiheen
- Krebs-sykli
- Elektronien kuljetusketju
- Kuinka paljon ATP: tä tuotetaan solujen hengityksen kussakin vaiheessa?
- Miksi solut tarvitsevat ATP: tä?
- Mitkä prosessit käyttävät ATP: tä?
ATP (adenosiinitrifosfaatti) on orgaaninen molekyyli, jota löytyy elävistä soluista. Organismien on kyettävä liikkumaan, lisääntymään ja löytämään ravintoa.
Nämä toiminnot vievät energiaa ja perustuvat kemialliset reaktiot organismin muodostavien solujen sisällä. Näiden solureaktioiden energia tulee ATP-molekyylistä.
Se on suositeltava polttoaineen lähde useimmissa elävissä asioissa, ja sitä kutsutaan usein "molekyylin rahayksiköksi".
ATP: n rakenne
ATP-molekyylillä on kolme osaa:
Energiaa varastoidaan fosfaattiryhmien välisissä yhteyksissä. Entsyymit voivat irrottaa yhden tai kaksi fosfaattiryhmästä vapauttaen varastoitunutta energiaa ja lisäämällä toimintaa, kuten lihaksen supistumista. Kun ATP menettää yhden fosfaattiryhmän, siitä tulee ADP tai adenosiinidifosfaatti. Kun ATP menettää kaksi fosfaattiryhmää, se muuttuu AMP tai adenosiinimonofosfaatti.
Kuinka soluhengitys tuottaa ATP: tä
Hengitysprosessilla solutasolla on kolme vaihetta.
Kahdessa ensimmäisessä vaiheessa glukoosimolekyylit hajoavat ja muodostuu CO2. Tässä vaiheessa syntetisoidaan pieni määrä ATP-molekyylejä. Suurin osa ATP: stä syntyy hengityksen kolmannessa vaiheessa nimeltään proteiinikompleksin kautta ATP-syntaasi.
Viimeisessä reaktiossa siinä vaiheessa yhdistetään puoli happimolekyyliä vedyn kanssa veden tuottamiseksi. Kunkin vaiheen yksityiskohtaiset reaktiot ovat seuraavat:
Glykolyysivaiheen
Kuuden hiilen glukoosimolekyyli vastaanottaa kaksi fosfaattiryhmää kahdesta ATP-molekyylistä, muuttaen ne ADP: ksi. Kuuden hiilen glukoosifosfaatti hajoaa kahdeksi kolmen hiilen sokerimolekyyliksi, joissa molemmissa on fosfaattiryhmä.
Koentsyymi NAD +: n vaikutuksesta sokerifosfaattimolekyyleistä tulee kolmen hiilen pyruvaattimolekyylejä. NAD + -molekyylistä tulee NADH ja ATP-molekyylit syntetisoidaan ADP: stä.
Krebs-sykli
Krebs-sykliä kutsutaan myös sitruunahapposykli, ja se saattaa loppuun glukoosimolekyylin hajoamisen samalla generoimalla lisää ATP-molekyylejä. Jokaista pyruvaattiryhmää kohti yksi NAD + -molekyyli hapettuu NADH: ksi, ja koentsyymi A toimittaa asetyyliryhmän Krebs-sykliin vapauttaen samalla hiilidioksidimolekyylin.
Jokaista syklin käännöstä sitruunahapon ja sen johdannaisten läpi sykli tuottaa neljä NADH-molekyyliä kutakin pyruvaattipanoa kohti. Samanaikaisesti FAD-molekyyli ottaa kaksi vetyä ja kaksi elektronia tullakseen FADH2, ja vielä kaksi hiilidioksidimolekyyliä vapautuu.
Lopuksi, yksi ATP-molekyyli tuotetaan syklin yhdellä kierroksella.
Koska jokainen glukoosimolekyyli tuottaa kaksi pyruvaattipanoryhmää, tarvitaan kaksi Krebs-kierroksen kierrosta yhden glukoosimolekyylin metabolisoimiseksi. Nämä kaksi käännöstä tuottavat kahdeksan NADH-molekyyliä, kaksi FADH2-molekyyliä ja kuusi hiilidioksidimolekyyliä.
Elektronien kuljetusketju
Solujen hengityksen viimeinen vaihe on elektronin kuljetusketju tai JNE. Tämä vaihe käyttää happea ja Krebs-syklin tuottamia entsyymejä syntetisoimaan suuri määrä ATP-molekyylejä prosessissa, jota kutsutaan oksidatiivinen fosforylaatio. NADH ja FADH2 luovuttavat elektroneja ketjuun aluksi, ja joukko reaktioita kerää potentiaalienergiaa ATP-molekyylien luomiseksi.
Ensinnäkin NADH-molekyyleistä tulee NAD +, koska ne luovuttavat elektroneja ketjun ensimmäiselle proteiinikompleksille. FADH2-molekyylit luovuttavat elektroneja ja vetyjä ketjun toiseen proteiinikompleksiin ja muuttuvat FAD: ksi. NAD + ja FAD-molekyylit palautetaan Krebs-sykliin tuloina.
Kun elektronit kulkevat ketjussa pelkistyksen ja hapettumisen sarjassa, tai redox reaktioissa vapautunutta energiaa käytetään proteiinien pumppaamiseen kalvon läpi, joko solukalvon varten prokaryooteissa tai mitokondrioissa eukaryootit.
Kun protonit diffundoituvat takaisin membraanin läpi proteiinikompleksin, nimeltään ATP-syntaasi, välityksellä, protonienergiaa käytetään kiinnittämään ylimääräinen fosfaattiryhmä ADP: hen muodostaen ATP-molekyylejä.
Kuinka paljon ATP: tä tuotetaan solujen hengityksen kussakin vaiheessa?
ATP tuotetaan kussakin soluhengityksen vaiheessa, mutta kaksi ensimmäistä vaihetta keskittyvät aineiden syntetisointiin kolmannen vaiheen käyttöön, jossa suurin osa ATP-tuotannosta tapahtuu.
Glykolyysi käyttää ensin kaksi ATP-molekyyliä glukoosimolekyylin pilkkomiseksi, mutta luo sitten neljä ATP-molekyyliä kahden nettovoitto. Krebs-sykli tuotettu kaksi muuta ATP-molekyyliä kullekin käytetylle glukoosimolekyylille. Lopuksi, ETC käyttää aikaisempien vaiheiden elektroninluovuttajia tuottamaan 34 ATP-molekyyliä.
Siksi solujen hengityksen kemialliset reaktiot tuottavat yhteensä 38 ATP-molekyyliä jokaisesta glykolyysiin siirtyvästä glukoosimolekyylistä
Joissakin organismeissa kahta ATP-molekyyliä käytetään siirtämään NADH: ta solun glykolyysireaktiosta mitokondrioihin. Näiden solujen kokonais ATP-tuotanto on 36 ATP-molekyyliä.
Miksi solut tarvitsevat ATP: tä?
Yleensä solut tarvitsevat ATP: tä energian saamiseksi, mutta ATP-molekyylin fosfaattisidoksista syntyvää potentiaalista energiaa käytetään monella tapaa. Tärkeimmät ominaisuudet ATP ovat:
Kolmas fosfaattiryhmäsidos on kaikkein energinen, mutta prosessista riippuen entsyymi voi rikkoa yhden tai kaksi fosfaattisidosta. Tämä tarkoittaa, että fosfaattiryhmät kiinnittyvät väliaikaisesti entsyymimolekyyleihin ja tuotetaan joko ADP tai AMP. ADP- ja AMP-molekyylit muutetaan myöhemmin takaisin ATP: ksi soluhengityksen aikana.
entsyymimolekyylit siirrä fosfaattiryhmät muihin orgaanisiin molekyyleihin.
Mitkä prosessit käyttävät ATP: tä?
ATP: tä esiintyy kaikissa elävissä kudoksissa, ja se voi ylittää solukalvoja toimittaakseen energiaa siellä, missä organismit sitä tarvitsevat. Kolme esimerkkiä ATP: n käytöstä ovat synteesi orgaanisista molekyyleistä, jotka sisältävät fosfaattiryhmiä, reaktiot helpottanut ATP ja aktiivinen kuljetus molekyylien läpi kalvojen. Kummassakin tapauksessa ATP vapauttaa yhden tai kaksi fosfaattiryhmistään prosessin suorittamiseksi.
Esimerkiksi DNA- ja RNA-molekyylit koostuvat nukleotidin jotka voivat sisältää fosfaattiryhmiä. Entsyymit voivat irrottaa fosfaattiryhmiä ATP: stä ja lisätä niitä tarvittaessa nukleotideihin.
Prosesseissa, joihin liittyy proteiineja, aminohappoja tai kemikaalit, joita käytetään lihaksen supistumiseen, ATP voi kiinnittää fosfaattiryhmän orgaaniseen molekyyliin. Fosfaattiryhmä voi poistaa osia tai auttaa tekemään lisäyksiä molekyyliin ja vapauttamaan sen sitten vaihtamisen jälkeen. Lihassoluissa tällainen toiminta suoritetaan jokaiselle lihassolun supistukselle.
Aktiivisessa kuljetuksessa ATP voi ylittää solukalvoja ja tuoda mukanaan muita aineita. Se voi myös kiinnittää fosfaattiryhmiä molekyyleihin muuttaa heidän muotoaan ja anna niiden kulkea solukalvojen läpi. Ilman ATP: tä nämä prosessit pysähtyisivät ja solut eivät enää voisi toimia.