ال ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين) تستخدم الكائنات الحية الجزيء كمصدر للطاقة. تخزن الخلايا الطاقة في ATP عن طريق إضافة a مجموعة فوسفات إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين).
التناضح الكيميائي هو الآلية التي تسمح للخلايا بإضافة مجموعة الفوسفات ، وتغيير ADP إلى ATP وتخزين الطاقة في الرابطة الكيميائية الإضافية. مجمل عمليات التمثيل الغذائي للجلوكوز و التنفس الخلوي تشكل الإطار الذي يمكن أن يحدث من خلاله التشنج الكيميائي وتمكين تحويل ADP إلى ATP.
تعريف ATP وكيف يعمل
ATP هو جزيء عضوي معقد يمكنه تخزين الطاقة في روابط الفوسفات الخاصة به. إنه يعمل مع ADP لتشغيل العديد من العمليات الكيميائية في الخلايا الحية. عندما يحتاج تفاعل كيميائي عضوي إلى طاقة ليبدأ ، فإن المجموعة الفوسفاتية الثالثة من جزيء ATP يمكن أن يبدأ التفاعل عن طريق ربط نفسه بأحد المواد المتفاعلة. يمكن للطاقة المنبعثة كسر بعض الروابط الموجودة وإنشاء مواد عضوية جديدة.
على سبيل المثال ، خلال ايض الجلوكوز، يجب تكسير جزيئات الجلوكوز لاستخراج الطاقة. تستخدم الخلايا طاقة ATP لكسر روابط الجلوكوز الموجودة وإنشاء مركبات أبسط. تستخدم جزيئات ATP الإضافية طاقتها للمساعدة في إنتاج إنزيمات خاصة وثاني أكسيد الكربون.
في بعض الحالات ، تعمل مجموعة فوسفات ATP كنوع من الجسور. يعلق نفسه بجزيء عضوي معقد والإنزيمات أو الهرمونات تلتصق بمجموعة الفوسفات. يمكن استخدام الطاقة المحررة عند كسر رابطة فوسفات ATP لتشكيل روابط كيميائية جديدة وإنشاء المواد العضوية التي تحتاجها الخلية.
يحدث التشنج الكيميائي أثناء التنفس الخلوي
التنفس الخلوي هو العملية العضوية التي تمد الخلايا الحية بالطاقة. يتم تحويل العناصر الغذائية مثل الجلوكوز إلى طاقة يمكن للخلايا استخدامها للقيام بأنشطتها. خطوات التنفس الخلوي هم كالآتي:
- الجلوكوز في الدم ينتشر من الشعيرات الدموية إلى الخلايا.
- ينقسم الجلوكوز إلى قسمين جزيئات البيروفات في سيتوبلازم الخلية.
- يتم نقل جزيئات البيروفات إلى الخلية الميتوكوندريا.
- ال دورة حمض الستريك يكسر جزيئات البيروفات وينتج جزيئات عالية الطاقة NADH و FADH2.
- ال NADH و FADH2تعمل الجزيئات على تشغيل الميتوكوندريا سلسلة نقل الإلكترون.
- ال سلسلة نقل الإلكترونينتج التشنج الكيميائي لـ ATP من خلال عمل إنزيم سينسيز ATP.
تحدث معظم خطوات التنفس الخلوي داخل الميتوكوندريا من كل خلية. تحتوي الميتوكوندريا على غشاء خارجي أملس وغشاء داخلي مطوي بشدة. تحدث التفاعلات الرئيسية عبر الغشاء الداخلي ، وتنقل المواد والأيونات من مصفوفة داخل الغشاء الداخلي والخروج منه الفضاء بين الغشاء.
كيف ينتج التشمُّل الكيميائي ATP
سلسلة نقل الإلكترون هي الجزء الأخير في سلسلة من التفاعلات التي تبدأ بالجلوكوز وتنتهي بـ ATP وثاني أكسيد الكربون والماء. أثناء خطوات سلسلة نقل الإلكترون ، الطاقة من NADH و FADH2 يستخدم ل ضخ البروتونات عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا في الفضاء بين الغشاء. يرتفع تركيز البروتون في الفراغ بين أغشية الميتوكوندريا الداخلية والخارجية ويؤدي عدم التوازن إلى حدوث التدرج الكهروكيميائي عبر الغشاء الداخلي.
يحدث التشنج الكيميائي عندما يكون أ بروتون القوة الدافعة يتسبب في انتشار البروتونات عبر غشاء شبه منفذ. في حالة سلسلة نقل الإلكترون ، ينتج عن التدرج الكهروكيميائي عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي قوة دافعة بروتون على البروتونات في الفضاء بين الغشاء. تعمل القوة على تحريك البروتونات مرة أخرى عبر الغشاء الداخلي ، إلى المصفوفة الداخلية.
انزيم يسمى سينسيز ATP مضمن في غشاء الميتوكوندريا الداخلي. تنتشر البروتونات من خلال سينسيز ATP ، والذي يستخدم الطاقة من القوة المحركة للبروتون لإضافة مجموعة فوسفات إلى جزيئات ADP المتوفرة في المصفوفة داخل الغشاء الداخلي.
بهذه الطريقة ، يتم تحويل جزيئات ADP داخل الميتوكوندريا إلى ATP في نهاية جزء سلسلة نقل الإلكترون من عملية التنفس الخلوي. يمكن لجزيئات ATP الخروج من الميتوكوندريا والمشاركة في تفاعلات الخلايا الأخرى.