The АТФ (аденозин трифосфат) молекулата се използва от живите организми като източник на енергия. Клетките съхраняват енергия в АТФ чрез добавяне на а фосфатна група до ADP (аденозин дифосфат).
Хемиосмозата е механизмът, който позволява на клетките да добавят фосфатната група, променяйки ADP на ATP и съхранявайки енергия в допълнителната химическа връзка. Общите процеси на метаболизма на глюкозата и клетъчно дишане представляват рамката, в която може да се осъществи хемиосмоза и позволяват превръщането на ADP в ATP.
Определение на ATP и как работи
АТФ е сложна органична молекула, която може да съхранява енергия в своите фосфатни връзки. Той работи заедно с ADP за задвижване на много от химичните процеси в живите клетки. Когато една органична химическа реакция се нуждае от енергия, за да я стартира, третата фосфатна група на АТФ молекула може да инициира реакцията, като се прикрепи към един от реагентите. Освободената енергия може да разруши някои от съществуващите връзки и да създаде нови органични вещества.
Например по време на метаболизъм на глюкозата, молекулите на глюкозата трябва да бъдат разбити, за да се извлече енергия. Клетките използват АТФ енергия, за да разкъсат съществуващите глюкозни връзки и да създадат по-прости съединения. Допълнителни молекули АТФ използват енергията си, за да подпомогнат производството на специални ензими и въглероден диоксид.
В някои случаи АТФ фосфатната група действа като един вид мост. Той се свързва със сложна органична молекула, а ензимите или хормоните се свързват с фосфатната група. Енергията, освободена при разкъсване на АТФ фосфатната връзка, може да се използва за образуване на нови химични връзки и създаване на органичните вещества, необходими на клетката.
Хемиосмозата се провежда по време на клетъчно дишане
Клетъчното дишане е органичният процес, който захранва живите клетки. Хранителни вещества като глюкоза се превръщат в енергия, която клетките могат да използват, за да осъществяват своята дейност. Стъпките на клетъчно дишане са както следва:
- Глюкоза в кръвта се дифузира от капилярите в клетки.
- Глюкозата се разделя на две пируватни молекули в клетъчната цитоплазма.
- Молекулите на пирувата се транспортират в клетката митохондрии.
- The цикъл на лимонена киселина разгражда молекулите на пирувата и произвежда високоенергийни молекули NADH и FADH2.
- The NADH и FADH2молекулите захранват митохондриите електронна транспортна верига.
- The електронна транспортна веригахемиосмозата на АТФ произвежда чрез действието на ензима АТФ синтаза.
Повечето от стъпките на клетъчното дишане се провеждат вътре в митохондриите на всяка клетка. Митохондриите имат гладка външна мембрана и силно сгъната вътрешна мембрана. Ключовите реакции протичат във вътрешната мембрана, пренасяйки материал и йони от матрица вътре във вътрешната мембрана във и извън междумембранно пространство.
Как хемиосмозата произвежда АТФ
Електронната транспортна верига е последният сегмент от поредица реакции, който започва с глюкоза и завършва с АТФ, въглероден диоксид и вода. По време на стъпките на електронната транспортна верига енергията от NADH и FADH2 се използва за протони на помпата през вътрешната митохондриална мембрана в междумембранното пространство. Концентрацията на протони в пространството между вътрешната и външната мембрани на митохондриите се повишава и дисбалансът води до електрохимичен градиент през вътрешната мембрана.
Хемиосмозата се извършва, когато a протонна двигателна сила причинява дифузия на протони през полупропусклива мембрана. В случая на електронната транспортна верига, електрохимичният градиент през вътрешната митохондриална мембрана води до протонна движеща сила върху протоните в междумембранното пространство. Силата действа, за да премести протоните обратно през вътрешната мембрана, във вътрешната матрица.
Ензим, наречен АТФ синтаза е вграден във вътрешната митохондриална мембрана. Протоните дифузират през АТФ синтазата, която използва енергията от протонната движеща сила, за да добави фосфатна група към молекулите на АДФ, налични в матрицата във вътрешната мембрана.
По този начин молекулите ADP вътре в митохондриите се превръщат в ATP в края на сегмента на електронната транспортна верига на процеса на клетъчно дишане. АТФ молекулите могат да излязат от митохондриите и да участват в други клетъчни реакции.