ATP (аденозин трифосфат) е органична молекула, намираща се в живите клетки. Организмите трябва да могат да се движат, възпроизвеждат и намират храна.
Тези дейности отнемат енергия и се основават на химична реакция вътре в клетките, които изграждат организма. Енергията за тези клетъчни реакции идва от АТФ молекула.
Той е предпочитаният източник на гориво за повечето живи същества и често се нарича „молекулярна валутна единица“.
Структурата на АТФ
The АТФ молекулата има три части:
- The аденозин Модулът е азотна основа, изградена от четири азотни атома и NH2 група върху въглеродни съединения.
- The рибоза групата е пет въглеродна захар в центъра на молекулата.
- The фосфат групите са подредени и свързани с кислородни атоми от другата страна на молекулата, далеч от аденозиновата група.
Енергията се съхранява във връзките между фосфатните групи. Ензими могат да отделят една или две от фосфатните групи, освобождавайки съхранената енергия и подхранващи дейности като мускулно съкращение. Когато АТФ загуби една фосфатна група, тя става
Как клетъчното дишане произвежда АТФ
Процесът на дишане на клетъчно ниво има три фази.
В първите две фази молекулите на глюкозата се разграждат и се произвежда CO2. Към този момент се синтезират малък брой молекули АТФ. По-голямата част от АТФ се създава по време на третата фаза на дишането чрез протеинов комплекс, наречен АТФ синтаза.
Последната реакция в тази фаза комбинира половин молекула кислород с водород, за да се получи вода. Подробните реакции на всяка фаза са както следва:
Гликолиза
Шествъглеродна глюкозна молекула получава две фосфатни групи от две АТФ молекули, превръщайки ги в ADP. Шествъглеродният глюкозен фосфат се разгражда на две тривъглеродни захарни молекули, всяка с прикрепена фосфатна група.
Под действието на коензима NAD + молекулите на захарния фосфат се превръщат в тривъглеродни пируватни молекули. Молекулата NAD + става NADH, и молекулите на АТФ се синтезират от ADP.
Цикълът на Кребс
The Цикъл на Кребс се нарича още цикъл на лимонена киселина, и завършва разграждането на глюкозната молекула, като същевременно генерира повече АТФ молекули. За всяка пируватна група една молекула NAD + се окислява до NADH и коензим A доставя ацетилова група в цикъла на Кребс, като същевременно освобождава молекула въглероден диоксид.
За всяко завъртане на цикъла през лимонена киселина и нейните производни, цикълът произвежда четири молекули NADH за всеки входящ пируват. В същото време молекулата FAD приема два водорода и два електрона, за да се превърне FADH2, и се освобождават още две молекули въглероден диоксид.
И накрая, една ATP молекула се произвежда на един оборот от цикъла.
Тъй като всяка глюкозна молекула произвежда две входни групи на пируват, са необходими два завъртания на цикъла на Кребс, за да се метаболизира една глюкозна молекула. Тези два завоя произвеждат осем молекули NADH, две молекули FADH2 и шест молекули въглероден диоксид.
Електронната транспортна верига
Последната фаза на клетъчното дишане е електронна транспортна верига или И т.н. Тази фаза използва кислород и ензимите, произведени от цикъла на Кребс, за синтезиране на голям брой молекули АТФ в процес, наречен окислително фосфорилиране. NADH и FADH2 даряват електрони на веригата първоначално и поредица от реакции изгражда потенциална енергия за създаване на молекули на АТФ.
Първо, молекулите NADH стават NAD +, тъй като даряват електрони на първия протеинов комплекс от веригата. Молекулите FADH2 даряват електрони и водороди на втория протеинов комплекс от веригата и се превръщат в FAD. Молекулите NAD + и FAD се връщат в цикъла на Кребс като входове.
Докато електроните се движат надолу по веригата в серия от редукция и окисление, или редокс реакции, освободената енергия се използва за изпомпване на протеини през мембрана, или клетъчната мембрана за прокариоти или в митохондриите за еукариоти.
Когато протоните дифузират обратно през мембраната чрез протеинов комплекс, наречен АТФ синтаза, протонната енергия се използва за прикачване на допълнителна фосфатна група към АДФ, създавайки АТФ молекули.
Колко АТФ се произвежда във всяка фаза на клетъчно дишане?
АТФ се произвежда на всеки етап от клетъчно дишане, но първите два етапа са фокусирани върху синтезирането на вещества за използване на третия етап, където се извършва по-голямата част от производството на АТФ.
Гликолизата първо използва две молекули АТФ за разделяне на глюкозна молекула, но след това създава четири АТФ молекули за нетна печалба от две. Произведеният цикъл на Кребс още две молекули АТФ за всяка използвана глюкозна молекула. И накрая, ETC използва донори на електрони от предишните етапи за производство 34 молекули АТФ.
Следователно химическите реакции на клетъчното дишане водят до общо 38 АТФ молекули за всяка молекула глюкоза, която влиза в гликолиза.
В някои организми се използват две молекули АТФ за прехвърляне на NADH от реакцията на гликолиза в клетката в митохондриите. Общото производство на АТФ за тези клетки е 36 АТФ молекули.
Защо клетките се нуждаят от ATP?
Като цяло клетките се нуждаят от АТФ за енергия, но има няколко начина, по които се използва потенциалната енергия от фосфатните връзки на АТФ молекулата. Най-важните характеристики на ATP са:
- Може да се създаде в една клетка и да се използва в друга.
- Той може да помогне за разпадането и изграждането на сложни молекули.
- Може да се добавя към органични молекули, за да промени формата им. Всички тези характеристики влияят върху това как клетката може да използва различни вещества.
Третата връзка на фосфатната група е най-енергичен, но в зависимост от процеса, ензимът може да разруши една или две от фосфатните връзки. Това означава, че фосфатните групи временно се свързват с ензимните молекули и се произвежда ADP или AMP. По-късно молекулите ADP и AMP се сменят обратно с ATP по време на клетъчното дишане.
The ензимни молекули прехвърлят фосфатните групи към други органични молекули.
Какви процеси използват ATP?
АТФ се намира в живите тъкани и може да пресича клетъчните мембрани, за да доставя енергия там, където организмите се нуждаят. Три примера за използване на ATP са синтез на органични молекули, които съдържат фосфатни групи, реакции улеснено от АТФ и активен транспорт на молекулите през мембраните. Във всеки случай АТФ освобождава една или две от своите фосфатни групи, за да позволи процеса да протече.
Например, ДНК и РНК молекулите са изградени от нуклеотиди които могат да съдържат фосфатни групи. Ензимите могат да отделят фосфатните групи от АТФ и да ги добавят към нуклеотидите, ако е необходимо.
За процеси, включващи протеини, аминокиселини или химикали, използвани за мускулно свиване, АТФ може да прикачи фосфатна група към органична молекула. Фосфатната група може да премахне части или да помогне за добавянето на молекулата и след това да я освободи, след като я смени. В мускулни клетки, този вид действие се извършва за всяко свиване на мускулната клетка.
При активен транспорт АТФ може да пресича клетъчните мембрани и да носи със себе си други вещества. Той също така може да прикрепи фосфатни групи към молекулите променят формата си и им позволяват да преминат през клетъчните мембрани. Без АТФ тези процеси биха спрели и клетките вече нямаше да могат да функционират.