Содержание
- Структура АТФ
- Как клеточное дыхание производит АТФ
- гликолиз
- Цикл Кребса
- Электронная транспортная цепь
- Сколько АТФ продуцируется на каждой фазе клеточного дыхания?
- Зачем клеткам АТФ?
- Какие процессы используют АТФ?
ATP (аденозинтрифосфат) - это органическая молекула, присутствующая в живых клетках. Организмы должны уметь двигаться, размножаться и находить пищу.
Эти мероприятия требуют энергии и основаны на химические реакции внутри клеток, которые составляют организм. Энергия для этих клеточных реакций поступает из молекулы АТФ.
Это предпочтительный источник топлива для большинства живых существ, и его часто называют «молекулярной единицей валюты».
Структура АТФ
Молекула АТФ состоит из трех частей:
Энергия сохраняется в связях между фосфатными группами. Ферменты могут отделять одну или две фосфатные группы, высвобождая накопленную энергию и подпитывая деятельность, такую как сокращение мышц. Когда АТФ теряет одну фосфатную группу, он становится АДФ или аденозин дифосфат. Когда АТФ теряет две фосфатные группы, он меняется на AMP или аденозинмонофосфат.
Как клеточное дыхание производит АТФ
Процесс дыхания на клеточном уровне имеет три фазы.
На первых двух этапах молекулы глюкозы расщепляются и образуется СО2. На этой стадии синтезируется небольшое количество молекул АТФ. Большая часть АТФ создается во время третьей фазы дыхания через белковый комплекс, называемый АТФ-синтаза.
Конечная реакция в этой фазе объединяет половину молекулы кислорода с водородом для получения воды. Подробные реакции каждой фазы следующие:
гликолиз
Молекула глюкозы с шестью углеродами получает две фосфатные группы от двух молекул АТФ, превращая их в АДФ. Шестиуглеродный фосфат глюкозы расщепляется на две трехуглеродные молекулы сахара, каждая с присоединенной фосфатной группой.
Под действием коэнзима NAD + молекулы фосфата сахара превращаются в молекулы трехуглеродистого пирувата. Молекула NAD + становится NADH, и молекулы АТФ синтезируются из АДФ.
Цикл Кребса
Цикл Кребса также называют цикл лимонной кислоты, и он завершает расщепление молекулы глюкозы, одновременно генерируя больше молекул АТФ. Для каждой пируватной группы одна молекула NAD + окисляется до NADH, и кофермент A доставляет ацетильную группу в цикл Кребса, высвобождая молекулу углекислого газа.
За каждый оборот цикла через лимонную кислоту и ее производные цикл производит четыре молекулы NADH для каждого ввода пирувата. В то же время, молекула FAD принимает два атома водорода и два электрона, чтобы стать FADH2, и еще две молекулы углекислого газа выпущены.
Наконец, одна молекула АТФ производится за один оборот цикла.
Поскольку каждая молекула глюкозы продуцирует две входные группы пирувата, два цикла цикла Кребса необходимы для метаболизма одной молекулы глюкозы. Эти два витка производят восемь молекул NADH, две молекулы FADH2 и шесть молекул углекислого газа.
Электронная транспортная цепь
Конечная фаза клеточного дыхания представляет собой цепь переноса электронов или И Т.П. Эта фаза использует кислород и ферменты, произведенные циклом Кребса, чтобы синтезировать большое количество молекул АТФ в процессе, называемом окислительное фосфорилирование, Изначально NADH и FADH2 отдают электроны в цепочку, и ряд реакций создает потенциальную энергию для создания молекул АТФ.
Во-первых, молекулы NADH становятся NAD +, поскольку они отдают электроны первому белковому комплексу цепи. Молекулы FADH2 отдают электроны и водороды второму белковому комплексу цепи и превращаются в FAD. Молекулы NAD + и FAD возвращаются в цикл Кребса в качестве входных данных.
По мере того, как электроны движутся по цепочке в серии восстановления и окисления, или окислительно-восстановительный потенциал реакции, высвобождаемая энергия используется для прокачки белков через мембрану, либо клеточную мембрану для прокариоты или в митохондриях для эукариоты.
Когда протоны диффундируют обратно через мембрану через белковый комплекс, называемый АТФ-синтазой, энергия протонов используется для присоединения дополнительной фосфатной группы к АДФ, создавая молекулы АТФ.
Сколько АТФ продуцируется на каждой фазе клеточного дыхания?
АТФ продуцируется на каждой стадии клеточного дыхания, но первые две стадии сфокусированы на синтезе веществ для использования на третьей стадии, где происходит основная часть продукции АТФ.
Гликолиз сначала использует две молекулы АТФ для расщепления молекулы глюкозы, но затем создает четыре молекулы АТФ для чистый выигрыш в два, Создан цикл Кребса еще две молекулы АТФ для каждой используемой молекулы глюкозы. Наконец, ETC использует доноров электронов из предыдущих этапов для производства 34 молекулы АТФ.
Химические реакции клеточного дыхания, следовательно, производят в общей сложности 38 молекул АТФ для каждой молекулы глюкозы, которая входит в гликолиз.
В некоторых организмах две молекулы АТФ используются для переноса НАДН из реакции гликолиза в клетке в митохондрии. Общая продукция АТФ для этих клеток составляет 36 молекул АТФ.
Зачем клеткам АТФ?
Как правило, клетки нуждаются в АТФ для получения энергии, но существует несколько способов использования потенциальной энергии от фосфатных связей молекулы АТФ. Наиболее важные особенности ATP:
Третья связь фосфатной группы является самый энергичныйно в зависимости от процесса фермент может разорвать одну или две фосфатные связи. Это означает, что фосфатные группы временно присоединяются к молекулам фермента и образуются либо АДФ, либо АМФ. Молекулы АДФ и АМФ впоследствии изменяются обратно на АТФ во время клеточного дыхания.
молекулы фермента перенести фосфатные группы в другие органические молекулы.
Какие процессы используют АТФ?
АТФ обнаруживается в живых тканях, и он может пересекать клеточные мембраны, доставляя энергию туда, где это необходимо организмам. Три примера использования АТФ являются синтез органических молекул, которые содержат фосфатные группы, реакции облегчается ATP и активный транспорт молекул через мембраны. В каждом случае АТФ высвобождает одну или две из своих фосфатных групп, чтобы процесс мог иметь место.
Например, молекулы ДНК и РНК состоят из нуклеотиды которые могут содержать фосфатные группы. Ферменты могут отделять фосфатные группы от АТФ и добавлять их к нуклеотидам по мере необходимости.
Для процессов с участием белков, аминокислоты или химические вещества, используемые для сокращения мышц, АТФ может присоединять фосфатную группу к органической молекуле. Фосфатная группа может удалить части или помочь сделать дополнения к молекуле и затем выпустить ее после изменения. В мышечных клетках этот вид действия выполняется для каждого сокращения мышечной клетки.
При активном транспорте АТФ может проникать через клеточные мембраны и приносить с собой другие вещества. Он также может присоединять фосфатные группы к молекулам изменить свою форму и позволяют им проходить через клеточные мембраны. Без АТФ эти процессы остановились бы, и клетки больше не могли бы функционировать.