Vsebina
- Struktura ATP
- Kako celično dihanje proizvaja ATP
- Glikoliza
- Krebsov cikel
- Transportna veriga elektronov
- Koliko ATP se proizvede v vsaki fazi celične respiracije?
- Zakaj celice potrebujejo ATP?
- Kateri procesi uporabljajo ATP?
ATP (adenozin trifosfat) je organska molekula, ki jo najdemo v živih celicah. Organizmi se morajo biti sposobni premikati, razmnoževati in najti prehrano.
Te dejavnosti jemljejo energijo in temeljijo na kemijske reakcije znotraj celic, ki sestavljajo organizem. Energija za te celične reakcije prihaja iz molekule ATP.
To je najprimernejši vir goriva za večino živih bitij in ga pogosto imenujejo "molekularna enota valute".
Struktura ATP
Molekula ATP ima tri dele:
Energija se shranjuje v povezavah med fosfatnimi skupinami. Encimi lahko ločijo eno ali dve od fosfatnih skupin, ki sproščajo shranjeno energijo in gorivne aktivnosti, kot je krčenje mišic. Ko ATP izgubi eno fosfatno skupino, postane ADP ali adenozin-difosfat. Ko ATP izgubi dve fosfatni skupini, se spremeni v AMP ali adenozin monofosfat.
Kako celično dihanje proizvaja ATP
Proces dihanja na celični ravni ima tri faze.
V prvih dveh fazah se molekule glukoze razgradijo in nastane CO2. Na tem mestu se sintetizira majhno število molekul ATP. Večina ATP nastane med tretjo fazo dihanja z beljakovinskim kompleksom, imenovanim ATP sintaza.
Končna reakcija v tej fazi združuje pol molekule kisika z vodikom, da nastane voda. Podrobne reakcije vsake faze so naslednje:
Glikoliza
Molekula glukoze s šestimi ogljiki prejema dve fosfatni skupini iz dveh molekul ATP, ki ju pretvori v ADP. Šest-ogljikov glukozni fosfat se razdeli na dve molekuli tri ogljikovega sladkorja, pri čemer ima vsaka pritrjeno fosfatno skupino.
Pod delovanjem koencima NAD + molekule sladkornega fosfata postanejo molekule tri ogljikovega piruvata. Molekula NAD + postane NADH, in molekule ATP se sintetizirajo iz ADP.
Krebsov cikel
Krebsov cikel se imenuje tudi cikel citronske kisline, in dokonča razpad molekule glukoze, hkrati pa ustvarja več molekul ATP. Za vsako piruvatno skupino ena molekula NAD + oksidira do NADH, koencim A pa v Krebsov cikel prinese acetilno skupino, medtem ko sprosti molekulo ogljikovega dioksida.
Za vsak obrat cikla skozi citronsko kislino in njene derivate cikel proizvede štiri molekule NADH za vsak vnos piruvata. Hkrati molekula FAD prevzame dva vodika in dva elektrona FADH2, sprostijo se še dve molekuli ogljikovega dioksida.
Na koncu se proizvede ena molekula ATP na en obrat cikla.
Ker vsaka molekula glukoze proizvaja dve vhodni skupini piruvata, sta potrebna dva obrata Krebsovega cikla za presnovo ene molekule glukoze. Ta dva obrata tvorita osem molekul NADH, dve molekuli FADH2 in šest molekul ogljikovega dioksida.
Transportna veriga elektronov
Končna faza celičnega dihanja je elektronska transportna veriga oz ETC. Ta faza uporablja kisik in encime, ki jih ustvarja Krebsov cikel, da sintetizira veliko število molekul ATP v procesu, imenovanem oksidativno fosforilacijo. NADH in FADH2 sprva donirata elektrone verigi in niz reakcij nabira potencialno energijo za ustvarjanje molekul ATP.
Najprej molekule NADH postanejo NAD +, ko dajejo elektrone v prvi proteinski kompleks verige. Molekule FADH2 donirajo elektrone in vodike v drugi proteinski kompleks verige in postanejo FAD. Molekuli NAD + in FAD se vrneta v Krebsov cikel kot vhoda.
Ko elektroni potujejo po verigi v nizu redukcije in oksidacije, ali redoks reakcije, sproščena energija se uporablja za črpanje beljakovin po membrani, bodisi za celično membrano prokarioti ali v mitohondrijih za evkarioti.
Ko protoni difundirajo nazaj po membrani skozi proteinski kompleks, imenovan ATP sintaza, se protonska energija porabi za vezavo dodatne fosfatne skupine na ADP, ki ustvarja molekule ATP.
Koliko ATP se proizvede v vsaki fazi celične respiracije?
ATP nastaja na vsaki stopnji celičnega dihanja, vendar sta prvi dve stopnji osredotočeni na sintezo snovi za uporabo v tretji fazi, kjer poteka večina proizvodnje ATP.
Glikoliza najprej porabi dve molekuli ATP za cepitev molekule glukoze, nato pa ustvari štiri molekule ATP za čisti dobiček dveh. Krebsov cikel proizveden še dve molekuli ATP za vsako uporabljeno molekulo glukoze Končno ETC za izdelavo uporablja darovalce elektronov iz prejšnjih faz 34 molekul ATP.
Kemične reakcije celičnega dihanja torej povzročajo skupno: 38 molekul ATP za vsako molekulo glukoze, ki vstopi v glikolizo.
V nekaterih organizmih se za prenos NADH iz reakcije glikolize v celici v mitohondrije uporabljajo dve molekuli ATP. Skupna proizvodnja ATP za te celice je 36 ATP molekul.
Zakaj celice potrebujejo ATP?
Na splošno celice potrebujejo ATP za energijo, vendar obstaja več načinov uporabe potencialne energije iz fosfatnih vezi molekule ATP. Najpomembnejše lastnosti ATP so:
Tretja vez fosfatne skupine je najbolj energičen, vendar odvisno od postopka lahko encim razbije eno ali dve fosfatni vezi. To pomeni, da se fosfatne skupine začasno vežejo na molekule encima in nastane ADP ali AMP. Molekuli ADP in AMP se kasneje med celičnim dihanjem spremenita nazaj v ATP.
The encimske molekule prenos fosfatnih skupin na druge organske molekule.
Kateri procesi uporabljajo ATP?
ATP najdemo v živih tkivih in lahko prečka celične membrane, da oddajo energijo tam, kjer ga organizmi potrebujejo. Trije primeri uporabe ATP so sinteza organskih molekul, ki vsebujejo fosfatne skupine, reakcije omogočeno s strani ATP in aktivni prevoz molekul v membranah. V vsakem primeru ATP sprosti eno ali dve od svojih fosfatnih skupin, da omogoči postopek.
Na primer, molekule DNK in RNK so sestavljene iz nukleotidi ki lahko vsebujejo fosfatne skupine. Encimi lahko ločijo fosfatne skupine od ATP in jih po potrebi dodajo nukleotidom.
Za procese, ki vključujejo beljakovine, amino kisline ali kemikalij, ki se uporabljajo za krčenje mišic, lahko ATP veže fosfatno skupino na organsko molekulo. Fosfatna skupina lahko odstrani dele ali pomaga pri dodajanju molekule in jo potem, ko jo spremenite, sprosti. V mišičnih celicah se tovrstno delovanje izvaja za vsako krčenje mišične celice.
Pri aktivnem transportu lahko ATP prečka celične membrane in s seboj prinese druge snovi. Prav tako lahko na molekule veže fosfatne skupine spremenijo obliko in jim omogočajo, da prehajajo skozi celične membrane. Brez ATP bi se ti procesi ustavili in celice ne bi mogle več delovati.