Hvad er de to processer, der producerer ATP?

Grunden til at du spiser er i sidste ende at oprette et kaldet molekyle ATP (Adenosintrifosfat) så dine celler har midlerne til at drive sig selv, og derfor dig sammen. Og ikke tilfældigvis er årsagen til, at du trækker vejret, at der er brug for ilt for at få den maksimale mængde celleenergi fra forløberne til glukose molekyler i den mad.

Processen, som humane celler bruger til at generere ATP kaldes cellulær respiration. Det resulterer i oprettelsen af ​​36 til 38 ATP pr. Molekyle glukose. Den består af en række trin, der begynder i cellecytoplasmaet og bevæger sig til mitokondrier, "kraftværkerne" for eukaryote celler. De to ATP-producerende processer kan ses som glykolyse (den anaerobe del) efterfulgt af aerob respiration (den iltkrævende del).

Kemisk er ATP en nukleotid. Nukleotider er også byggestenene til DNA. Alle nukleotider består af en sukkerdel med fem carbonatomer, en nitrogenholdig base og en til tre phosphatgrupper. Basen kan enten være adenin (A), cytosin (C), guanin (G), thymin (T) eller uracil (U). Som du kan skelne fra dets navn, er basen i ATP adenin, og den indeholder tre fosfatgrupper.

Når ATP er "bygget", er dets umiddelbare forløber ADP (adenosindiphosphat), som i sig selv kommer fra AMP (adenosinmonophosphat). Den eneste forskel mellem de to er den tredje phosphatgruppe bundet til phosphat-phosphat "kæden" i ADP. Det ansvarlige enzym kaldes ATP-syntase.

Når ATP er "brugt" af cellen, er ATP til ADP-reaktionsnavnet hydrolyse, som vand bruges til at bryde bindingen mellem de to terminale fosfatgrupper. En simpel ligning til reformering af ATP fra dets nukleotid-slægtninge er ADP + P_jegeller endda AMP + 2 P_jeg. hvor P_jeg er uorganisk (dvs. ikke bundet til et molekyle indeholdende carbon) phosphat.

Cellular respiration forekommer kun i eukaryoter, som er naturens mangecellede, større og mere komplekse svar på de enkeltcellede prokaryoter. Mennesker er blandt de førstnævnte, mens bakterier befolker sidstnævnte. Processen udfolder sig i fire faser: glykolyse, som også forekommer i prokaryoter og ikke kræver ilt; det broreaktion; og de to reaktionssæt med aerob respiration, Krebs cykler og elektrontransportkæde.

For at starte glykolyse har et glukosemolekyle, der er diffunderet ind i cellen på tværs af plasmamembranen, et fosfat bundet til et af dets carbonatomer. Derefter arrangeres det i et fructosemolekyle, på hvilket tidspunkt en anden fosfatgruppe er bundet til et andet carbonatom. Det resulterende dobbelt phosphorylerede seks-kulstofmolekyle opdeles i to tre-kulstofmolekyler. Denne fase koster to ATP.

Den anden del af glykolyse fortsætter med, at de tre kulstofmolekyler omarrangeres i en række trin ind i pyruvat, mens der i mellemtiden tilsættes to fosfater, og derefter fjernes alle fire og tilsættes til ADP for at danne ATP. Denne fase producerer fire ATP,hvilket gør nettoudbyttet af glykolyse til to ATP.

Broreaktionen i mitokondrierne gør pyruvatmolekylet klar til handling ved at fjerne et af dets carbonatomer og to oxygener for at give acetat, som derefter vedhæftes til coenzym A til dannelse af acetyl CoA.

To-carbon-acetyl-CoA tilsættes til et fire-carbon-molekyle, oxaloacetat, for at få reaktionerne i gang. Det resulterende seks-kulstofmolekyle reduceres til sidst til oxaloacetat (dermed "cyklus" i titlen; en reaktant er også et produkt). I processen, to ATP og 10 molekyler kendt som elektronbærere (otte NADH og to FADH₂) produceres.

I den sidste fase af cellulær åndedræt og den anden aerobe fase tages de forskellige højenergi-elektronbærere i brug. Deres elektroner fjernes af enzymer indlejret i den mitokondriale membran, og deres energi er bruges til at drive tilsætningen af ​​fosfatgrupper til ADP for at danne ATP, en proces kaldet oxidativ fosforylering. Oxygen er den sidste elektronacceptor i sidste ende.

Resultatet er 32 til 34 ATP, hvilket betyder at tilføje to ATP hver fra glykolyse og Krebs-cyklussen, cellulær respiration producerer 36 til 38 ATP pr. glukosemolekyle.