Hvordan ADP konverteres til ATP under kemiosmose i mitokondrier

Det ATP (adenosintrifosfat) molekyle bruges af levende organismer som en energikilde. Celler lagrer energi i ATP ved at tilføje en fosfatgruppe til ADP (adenosindiphosphat).

Kemiosmose er den mekanisme, der gør det muligt for celler at tilføje fosfatgruppen, ændre ADP til ATP og lagre energi i den ekstra kemiske binding. De overordnede processer med glukosemetabolisme og cellulær respiration udgør rammen inden for hvilken kemiosmose kan finde sted og muliggør konvertering af ADP til ATP.

ATP er et komplekst organisk molekyle, der kan lagre energi i dets fosfatbindinger. Det fungerer sammen med ADP for at drive mange af de kemiske processer i levende celler. Når en organisk kemisk reaktion har brug for energi for at komme i gang, er den tredje fosfatgruppe i ATP-molekyle kan starte reaktionen ved at binde sig til en af ​​reaktanterne. Den frigjorte energi kan bryde nogle af de eksisterende bindinger og skabe nye organiske stoffer.

For eksempel under glukosemetabolisme

I nogle tilfælde fungerer ATP-fosfatgruppen som en slags bro. Det binder sig til et komplekst organisk molekyle, og enzymer eller hormoner binder sig til fosfatgruppen. Den energi, der frigøres, når ATP-fosfatbindingen brydes, kan bruges til at danne nye kemiske bindinger og skabe de organiske stoffer, som cellen har brug for.

Cellular respiration er den organiske proces, der driver levende celler. Næringsstoffer som glukose omdannes til energi, som celler kan bruge til at udføre deres aktiviteter. Trinene af cellulær respiration er som følgende:

1. Glukose i blodet diffunderer fra kapillærer til celler.
2. Glukosen er opdelt i to pyruvatmolekyler i cellecytoplasmaet.
3. Pyruvatmolekylerne transporteres ind i cellen mitokondrier.
4. Det citronsyrecyklus nedbryder pyruvatmolekylerne og producerer højenergimolekyler NADH og FADH₂.
5. Det NADH og FADH₂molekyler driver mitokondrierne elektrontransportkæde.
6. Det elektrontransportkædekemiosmose producerer ATP gennem virkningen af ​​enzymet ATP syntase.

De fleste af de cellulære respirationstrin finder sted inde i mitokondrierne af hver celle. Mitokondrierne har en glat ydre membran og en stærkt foldet indre membran. Nøglereaktionerne finder sted på tværs af den indre membran og overfører materiale og ioner fra matrix inde i den indre membran ind i og ud af inter-membranrum.

Elektrontransportkæden er det sidste segment i en række reaktioner, der starter med glukose og slutter med ATP, kuldioxid og vand. Under elektrontransportkædetrin energien fra NADH og FADH₂ er vant til pumpeprotoner over den indre mitokondrie membran ind i det intermembrane rum. Protonkoncentrationen i rummet mellem de indre og ydre mitokondriale membraner stiger, og ubalancen resulterer i en elektrokemisk gradient på tværs af den indre membran.

Kemiosmose finder sted, når en protonmotivkraft får protoner til at diffundere over en semipermeabel membran. I tilfælde af elektrontransportkæden resulterer den elektrokemiske gradient over den indre mitokondriemembran i en protonmotivkraft på protonerne i mellemrummet. Kraften virker for at flytte protonerne tilbage over den indre membran og ind i den indre matrix.

Et enzym kaldet ATP-syntase er indlejret i den indre mitokondrie membran. Protonerne diffunderer gennem ATP-syntasen, som bruger energien fra protonmotivkraften til at tilføje en phosphatgruppe til ADP-molekyler, der er tilgængelige i matrixen inde i den indre membran.

På denne måde omdannes ADP-molekylerne inde i mitokondrierne til ATP i slutningen af ​​elektrontransportkædesegmentet i den cellulære respirationsproces. ATP-molekylerne kan forlade mitokondrierne og deltage i andre cellereaktioner.