Περιεχόμενο
- Η δομή του ATP
- Πώς η κυτταρική αναπνοή παράγει ATP
- Γλυκόλυση
- Ο κύκλος του Krebs
- Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
- Πόσο ATP παράγεται σε κάθε φάση κυτταρικής αναπνοής;
- Γιατί τα κύτταρα χρειάζονται ATP;
- Τι διαδικασίες χρησιμοποιεί το ATP;
ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) είναι ένα οργανικό μόριο που βρίσκεται σε όλα τα ζωντανά κύτταρα. Οι οργανισμοί πρέπει να μπορούν να κινούν, να αναπαράγουν και να βρίσκουν τροφή.
Αυτές οι δραστηριότητες λαμβάνουν ενέργεια και βασίζονται χημικές αντιδράσεις μέσα στα κύτταρα που αποτελούν τον οργανισμό. Η ενέργεια για αυτές τις κυτταρικές αντιδράσεις προέρχεται από το μόριο ΑΤΡ.
Είναι η προτιμώμενη πηγή καυσίμων για τα περισσότερα ζωντανά αντικείμενα και αναφέρεται συχνά ως η "μοριακή μονάδα του νομίσματος".
Η δομή του ATP
Το μόριο ΑΤΡ έχει τρία μέρη:
Η ενέργεια αποθηκεύεται στους συνδέσμους μεταξύ των ομάδων φωσφορικών. Τα ένζυμα μπορούν να αποσπάσουν μία ή δύο από τις φωσφορικές ομάδες που απελευθερώνουν την αποθηκευμένη ενέργεια και τις λειτουργίες τροφοδοσίας όπως η συστολή των μυών. Όταν η ΑΤΡ χάνει μία φωσφορική ομάδα γίνεται ADP ή διφωσφορική αδενοσίνη. Όταν η ΑΤΡ χάνει δύο φωσφορικές ομάδες, αλλάζει σε ΑΜΠΕΡΑΖ ή μονοφωσφορική αδενοσίνη.
Πώς η κυτταρική αναπνοή παράγει ATP
Η διαδικασία αναπνοής σε κυτταρικό επίπεδο έχει τρεις φάσεις.
Στις δύο πρώτες φάσεις, τα μόρια γλυκόζης διασπώνται και παράγεται CO2. Ένας μικρός αριθμός μορίων ΑΤΡ συντίθενται σε αυτό το σημείο. Το μεγαλύτερο μέρος του ΑΤΡ δημιουργείται κατά τη διάρκεια της τρίτης φάσης αναπνοής μέσω ενός συμπλέγματος πρωτεϊνών που ονομάζεται Συνθετάση ΑΤΡ.
Η τελική αντίδραση σε αυτή τη φάση συνδυάζει μισό μόριο οξυγόνου με υδρογόνο για να παράγει νερό. Οι λεπτομερείς αντιδράσεις κάθε φάσης είναι οι εξής:
Γλυκόλυση
Ένα μόριο γλυκόζης έξι ανθράκων λαμβάνει δύο φωσφορικές ομάδες από δύο μόρια ΑΤΡ, μετατρέποντάς τα σε ADP. Το φωσφορικό άλας γλυκόζης των έξι ανθράκων κατανέμεται σε δύο μόρια σακχάρου τριών ατόμων άνθρακα, το καθένα με προσαρτημένη μια φωσφορική ομάδα.
Κάτω από τη δράση του συνένζυμου NAD +, τα μόρια φωσφορικού σακχάρου γίνονται μόρια πυροσταφυλικού τριών ατόμων άνθρακα. Το μόριο NAD + γίνεται NADH, και μόρια ΑΤΡ συντίθενται από ΑϋΡ.
Ο κύκλος του Krebs
Ο κύκλος του Krebs ονομάζεται επίσης κύκλος του κιτρικού οξέος, και ολοκληρώνει τη διάσπαση του μορίου γλυκόζης ενώ παράγει περισσότερα μόρια ΑΤΡ. Για κάθε ομάδα πυροσταφυλικού, ένα μόριο NAD + γίνεται οξειδωμένο σε NADH και το συνένζυμο Α παραδίδει μια ομάδα ακετυλίου στον κύκλο Krebs ενώ απελευθερώνει ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα.
Για κάθε στροφή του κύκλου μέσω του κιτρικού οξέος και των παραγώγων του, ο κύκλος παράγει τέσσερα μόρια NADH για κάθε εισροή πυροσταφυλικού. Την ίδια στιγμή, το μόριο FAD παίρνει δύο υδρογόνα και δύο ηλεκτρόνια για να γίνει FADH2, και δύο ακόμη μόρια διοξειδίου του άνθρακα απελευθερώνονται.
Τέλος, παράγεται ένα μόριο ΑΤΡ ανά μία στροφή του κύκλου.
Επειδή κάθε μόριο γλυκόζης παράγει δύο ομάδες εισροής πυροσταφυλικού, χρειάζονται δύο στροφές του κύκλου Krebs για να μεταβολίσουν ένα μόριο γλυκόζης. Αυτές οι δύο στροφές παράγουν οκτώ μόρια NADH, δύο μόρια FADH2 και έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα.
Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
Η τελική φάση της κυτταρικής αναπνοής είναι η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ή ΚΑΙ ΤΑ ΛΟΙΠΑ. Αυτή η φάση χρησιμοποιεί οξυγόνο και τα ένζυμα που παράγονται από τον κύκλο Krebs για τη σύνθεση ενός μεγάλου αριθμού μορίων ΑΤΡ σε μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση. Τα NADH και τα FADH2 δίνουν αρχικά ηλεκτρόνια στην αλυσίδα και μια σειρά αντιδράσεων συσσωρεύει δυνητική ενέργεια για τη δημιουργία μορίων ΑΤΡ.
Πρώτον, τα μόρια NADH γίνονται NAD + καθώς δίνουν ηλεκτρόνια στο πρώτο σύμπλεγμα πρωτεϊνών της αλυσίδας. Τα μόρια FADH2 δίνουν ηλεκτρόνια και υδρογόνα στο δεύτερο πρωτεϊνικό σύμπλεγμα της αλυσίδας και γίνονται FAD. Τα μόρια NAD + και FAD επιστρέφονται στον κύκλο Krebs ως εισροές.
Καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνται προς τα κάτω στην αλυσίδα σε μια σειρά μείωσης και οξείδωσης, ή οξειδοαναγωγής αντιδράσεις, η ενέργεια που απελευθερώνεται χρησιμοποιείται για την άντληση πρωτεϊνών σε μία μεμβράνη, είτε για την κυτταρική μεμβράνη προκαρυωτικά ή στα μιτοχόνδρια για ευκαρυωτών.
Όταν τα πρωτόνια διαχέονται διαμέσου της μεμβράνης διαμέσου ενός πρωτεϊνικού συμπλέγματος που ονομάζεται συνθετάση ΑΤΡ, η ενέργεια πρωτονίων χρησιμοποιείται για την προσάρτηση μιας επιπλέον φωσφορικής ομάδας στο ADP που δημιουργεί μόρια ΑΤΡ.
Πόσο ATP παράγεται σε κάθε φάση κυτταρικής αναπνοής;
Το ΑΤΡ παράγεται σε κάθε στάδιο κυτταρικής αναπνοής, αλλά τα πρώτα δύο στάδια επικεντρώνονται στη σύνθεση ουσιών για τη χρήση του τρίτου σταδίου όπου λαμβάνει χώρα ο όγκος της παραγωγής ΑΤΡ.
Η γλυκόλυση χρησιμοποιεί για πρώτη φορά δύο μόρια ΑΤΡ για τον διαχωρισμό ενός μορίου γλυκόζης, αλλά στη συνέχεια δημιουργεί τέσσερα μόρια ΑΤΡ για ένα καθαρό κέρδος δύο. Ο κύκλος του Krebs παρήγαγε δύο ακόμη μόρια ΑΤΡ για κάθε χρησιμοποιούμενο μόριο γλυκόζης. Τέλος, το ETC χρησιμοποιεί ηλεκτρονικούς δότες από τα προηγούμενα στάδια για να παράγει 34 μόρια του ΑΤΡ.
Οι χημικές αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής παράγουν συνεπώς συνολικά 38 μόρια ΑΤΡ για κάθε μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στη γλυκόλυση.
Σε ορισμένους οργανισμούς, χρησιμοποιούνται δύο μόρια ΑΤΡ για να μεταφέρουν το NADH από την αντίδραση γλυκολύσης στο κύτταρο στα μιτοχόνδρια. Η ολική παραγωγή ΑΤΡ για αυτά τα κύτταρα είναι 36 μόρια ΑΤΡ.
Γιατί τα κύτταρα χρειάζονται ATP;
Γενικά, τα κύτταρα χρειάζονται ΑΤΡ για ενέργεια, αλλά υπάρχουν διάφοροι τρόποι που χρησιμοποιείται η πιθανή ενέργεια από τους φωσφορικούς δεσμούς του μορίου ΑΤΡ. Τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά του ATP είναι:
Ο τρίτος δεσμός φωσφορικής ομάδας είναι ο δεσμός πιο ενεργητικός, αλλά ανάλογα με τη διαδικασία, ένα ένζυμο μπορεί να σπάσει έναν ή δύο από τους φωσφορικούς δεσμούς. Αυτό σημαίνει ότι οι φωσφορικές ομάδες συνδέονται προσωρινά με τα μόρια του ενζύμου και παράγεται είτε ADP είτε AMP. Τα μόρια ΑϋΡ και ΑΜΡ αργότερα αλλάζουν πίσω στην ΑΤΡ κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής.
ο ένζυμα μεταφέρετε τις φωσφορικές ομάδες σε άλλα οργανικά μόρια.
Τι διαδικασίες χρησιμοποιεί το ATP;
Το ATP βρίσκεται σε όλους τους ζωντανούς ιστούς και μπορεί να διασχίσει τις κυτταρικές μεμβράνες για να παρέχει ενέργεια όπου οι οργανισμοί την χρειάζονται. Τρία παραδείγματα χρήσης ATP είναι τα σύνθεση των οργανικών μορίων που περιέχουν φωσφορικές ομάδες, αντιδράσεις διευκολύνονται από την ATP και την ATP ενεργή μεταφορά των μορίων στις μεμβράνες. Σε κάθε περίπτωση, το ΑΤΡ απελευθερώνει μία ή δύο από τις φωσφορικές του ομάδες για να επιτρέψει τη διεξαγωγή της διαδικασίας.
Για παράδειγμα, αποτελούνται από μόρια DNA και RNA νουκλεοτίδια που μπορεί να περιέχουν φωσφορικές ομάδες. Τα ένζυμα μπορούν να αποσπάσουν ομάδες φωσφορικών από την ΑΤΡ και να τα προσθέσουν σε νουκλεοτίδια, όπως απαιτείται.
Για διεργασίες που περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, αμινοξέα ή χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για τη σύσπαση των μυών, η ΑΤΡ μπορεί να συνδέσει μια φωσφορική ομάδα με ένα οργανικό μόριο. Η φωσφορική ομάδα μπορεί να αφαιρέσει μέρη ή να βοηθήσει να κάνει προσθήκες στο μόριο και στη συνέχεια να την απελευθερώσει μετά την αλλαγή του. Στα μυϊκά κύτταρα, αυτό το είδος δράσης εκτελείται για κάθε συστολή του μυϊκού κυττάρου.
Κατά την ενεργό μεταφορά, το ATP μπορεί να διασχίσει τις κυτταρικές μεμβράνες και να φέρει άλλες ουσίες μαζί του. Μπορεί επίσης να συνδέσει φωσφορικές ομάδες στα μόρια να αλλάξουν το σχήμα τους και να τους επιτρέψει να περάσουν από τις κυτταρικές μεμβράνες. Χωρίς ATP, αυτές οι διαδικασίες θα σταματούσαν και τα κύτταρα δεν θα ήταν πλέον σε θέση να λειτουργήσουν.