Indhold
- Strukturen af ATP
- Hvordan cellulær respiration producerer ATP
- glykolyse
- Krebs-cyklen
- Elektrontransportkæden
- Hvor meget ATP produceres i hver fase af cellulær respiration?
- Hvorfor har celler brug for ATP?
- Hvilke processer bruger ATP?
ATP (adenosintrifosfat) er et organisk molekyle, der findes i levende celler. Organismer skal være i stand til at bevæge sig, reproducere og finde næring.
Disse aktiviteter tager energi og er baseret på kemiske reaktioner inde i cellerne, der udgør organismen. Energien til disse cellulære reaktioner kommer fra ATP-molekylet.
Det er den foretrukne brændstofkilde til de fleste levende ting og omtales ofte som den "molekylære valutaenhed."
Strukturen af ATP
ATP-molekylet har tre dele:
Energi lagres i forbindelserne mellem fosfatgrupperne. Enzymer kan løsne en eller to af fosfatgrupperne, der frigør den lagrede energi og brændstofaktiviteter såsom muskelsammentrækning. Når ATP mister en fosfatgruppe, bliver det ADP eller adenosindiphosphat. Når ATP mister to phosphatgrupper, ændres det til AMP eller adenosinmonophosphat.
Hvordan cellulær respiration producerer ATP
Respirationsprocessen på celleniveau har tre faser.
I de to første faser nedbrydes glukosemolekyler, og der produceres CO2. Et lille antal ATP-molekyler syntetiseres på dette tidspunkt. Det meste af ATP oprettes i den tredje fase af respiration via et proteinkompleks kaldet ATP-syntase.
Den endelige reaktion i den fase kombinerer et halvt molekyle ilt med brint for at producere vand. De detaljerede reaktioner på hver fase er som følger:
glykolyse
Et seks-carbon-glukosemolekyle modtager to fosfatgrupper fra to ATP-molekyler og omdanner dem til ADP. Det seks-carbon-glukosefosfat opdeles i to tre-carbon-sukkermolekyler, der hver er knyttet en phosphatgruppe.
Under virkningen af coenzym NAD + bliver sukkerfosfatmolekylerne tre-carbon pyruvatmolekyler. NAD + -molekylet bliver NADH, og ATP-molekyler syntetiseres fra ADP.
Krebs-cyklen
Krebs-cyklus kaldes også citronsyrecyklus og det afslutter nedbrydningen af glukosemolekylet, mens der genereres flere ATP-molekyler. For hver pyruvatgruppe oxideres et molekyle af NAD + til NADH, og coenzym A leverer en acetylgruppe til Krebs-cyklussen, mens der frigives et kuldioxidmolekyle.
For hver tur af cyklussen gennem citronsyre og dens derivater producerer cyklussen fire NADH-molekyler for hvert pyruvat-input. På samme tid tager molekylet FAD to hydrogener og to elektroner til at blive FADH2, og to yderligere kuldioxidmolekyler frigives.
Endelig produceres et enkelt ATP-molekyle pr. Omdrejningstid.
Fordi hvert glukosemolekyle producerer to pyruvat-inputgrupper, er to omdrejninger af Krebs-cyklussen nødvendige for at metabolisere et glukosemolekyle. Disse to vendinger producerer otte NADH-molekyler, to FADH2-molekyler og seks kuldioxidmolekyler.
Elektrontransportkæden
Den sidste fase af celleånding er elektrontransportkæden eller ETC. Denne fase bruger ilt og enzymer produceret af Krebs-cyklus til at syntetisere et stort antal ATP-molekyler i en proces, der kaldes oxydativ fosforylering. NADH og FADH2 donerer indledningsvis elektroner til kæden, og en række reaktioner bygger op potentiel energi til at skabe ATP-molekyler.
Først bliver NADH-molekyler NAD +, da de donerer elektroner til det første proteinkompleks i kæden. FADH2-molekylerne donerer elektroner og hydrogener til det andet proteinkompleks i kæden og bliver FAD. NAD + og FAD molekylerne returneres til Krebs-cyklussen som input.
Når elektronerne bevæger sig ned ad kæden i en række reduktion og oxidation, eller redox reaktioner, den frigjorte energi bruges til at pumpe proteiner over en membran, enten cellemembranen til prokaryoter eller i mitokondrierne for eukaryoter.
Når protoner diffunderer tilbage gennem membranen gennem et proteinkompleks kaldet ATP-syntase, bruges protonenergien til at knytte en yderligere fosfatgruppe til ADP, hvilket skaber ATP-molekyler.
Hvor meget ATP produceres i hver fase af cellulær respiration?
ATP produceres i hvert trin i cellulær respiration, men de første to trin fokuserer på at syntetisere stoffer til anvendelse i det tredje trin, hvor hovedparten af ATP-produktionen finder sted.
Glykolyse bruger først to molekyler af ATP til opdeling af et glukosemolekyle, men skaber derefter fire ATP-molekyler til en nettovinst på to. Krebs-cyklus produceret to ATP-molekyler til for hvert anvendt glukosemolekyle. Endelig bruger ETC elektroniske donorer fra de foregående trin til at producere 34 molekyler af ATP.
De kemiske reaktioner ved cellulær respiration producerer derfor i alt 38 ATP-molekyler for hvert glukosemolekyle, der går ind i glycolyse.
I nogle organismer bruges to molekyler af ATP til at overføre NADH fra glycolysereaktionen i cellen til mitokondrierne. Den samlede ATP-produktion for disse celler er 36 ATP-molekyler.
Hvorfor har celler brug for ATP?
Generelt har celler brug for ATP for energi, men der er flere måder, hvor den potentielle energi fra ATP-molekylets phosphatbindinger bruges. De vigtigste funktioner i ATP er:
Den tredje fosfatgruppebinding er mest energisk, men afhængigt af processen kan et enzym bryde en eller to af phosphatbindingerne. Dette betyder, at phosphatgrupperne bliver midlertidigt bundet til enzymmolekylerne, og der produceres enten ADP eller AMP. ADP- og AMP-molekylerne ændres senere tilbage til ATP under cellulær respiration.
Det enzymmolekyler overfør fosfatgrupperne til andre organiske molekyler.
Hvilke processer bruger ATP?
ATP findes i hele levende væv, og det kan krydse cellemembraner for at levere energi, hvor organismerne har brug for det. Tre eksempler på ATP-anvendelse er syntese af organiske molekyler, der indeholder fosfatgrupper, reaktioner lettet af ATP og aktiv transport af molekyler på tværs af membraner. I begge tilfælde frigiver ATP en eller to af dets phosphatgrupper for at lade processen finde sted.
F.eks. Består DNA- og RNA-molekyler nukleotider der kan indeholde phosphatgrupper. Enzymer kan løsne fosfatgrupper fra ATP og føje dem til nucleotider efter behov.
For processer, der involverer proteiner, aminosyrer eller kemikalier, der bruges til muskelkontraktion, kan ATP binde en fosfatgruppe til et organisk molekyle. Fosfatgruppen kan fjerne dele eller hjælpe med at gøre tilføjelser til molekylet og derefter frigive det efter at have ændret det. I muskelceller udføres denne type handling for hver sammentrækning af muskelcellen.
Ved aktiv transport kan ATP krydse cellemembraner og bringe andre stoffer med sig. Det kan også knytte fosfatgrupper til molekyler til ændre deres form og lad dem passere gennem cellemembraner. Uden ATP ville disse processer stoppe, og celler ville ikke længere være i stand til at fungere.