Wie ADP während der Chemiosmose in den Mitochondrien in ATP umgewandelt wird

Das ATP (Adenosintriphosphat) Molekül wird von lebenden Organismen als Energiequelle verwendet. Zellen speichern Energie in ATP, indem sie a Phosphatgruppe zu ADP (Adenosindiphosphat).

Chemiosmose ist der Mechanismus, der es den Zellen ermöglicht, die Phosphatgruppe hinzuzufügen, ADP in ATP umzuwandeln und Energie in der zusätzlichen chemischen Bindung zu speichern. Die Gesamtprozesse des Glukosestoffwechsels und Zellatmung bilden den Rahmen, in dem Chemiosmose stattfinden kann und ermöglichen die Umwandlung von ADP in ATP.

ATP ist ein komplexes organisches Molekül, das in seinen Phosphatbindungen Energie speichern kann. Es arbeitet mit ADP zusammen, um viele der chemischen Prozesse in lebenden Zellen anzutreiben. Wenn eine organisch-chemische Reaktion Energie benötigt, um sie in Gang zu setzen, wird die dritte Phosphatgruppe der ATP-Molekül kann die Reaktion initiieren, indem sie sich an einen der Reaktanten bindet. Die freigesetzte Energie kann einen Teil der bestehenden Bindungen aufbrechen und neue organische Substanzen schaffen.

Zum Beispiel während Glukosestoffwechsel, müssen die Glukosemoleküle abgebaut werden, um Energie zu gewinnen. Zellen verwenden ATP-Energie, um bestehende Glukosebindungen aufzubrechen und einfachere Verbindungen herzustellen. Zusätzliche ATP-Moleküle nutzen ihre Energie, um spezielle Enzyme und Kohlendioxid zu produzieren.

In einigen Fällen fungiert die ATP-Phosphatgruppe als eine Art Brücke. Es heftet sich an ein komplexes organisches Molekül und Enzyme oder Hormone heften sich an die Phosphatgruppe. Die beim Aufbrechen der ATP-Phosphatbindung freiwerdende Energie kann genutzt werden, um neue chemische Bindungen zu bilden und die von der Zelle benötigten organischen Substanzen zu erzeugen.

Die Zellatmung ist der organische Prozess, der lebende Zellen antreibt. Nährstoffe wie Glukose werden in Energie umgewandelt, die die Zellen für ihre Aktivitäten verwenden können. Die Schritte von Zellatmung sind wie folgt:

1. Glucose im Blut diffundiert von den Kapillaren in die Zellen.
2. Die Glukose wird zweigeteilt Pyruvatmoleküle im Zellzytoplasma.
3. Die Pyruvatmoleküle werden in die Zelle transportiert Mitochondrien.
4. Das Zitronensäurezyklus baut die Pyruvatmoleküle ab und produziert die hochenergetischen Moleküle NADH und FADH₂.
5. Das NADH und FADH₂Moleküle versorgen die Mitochondrien Elektronentransportkette.
6. Das Elektronentransportkette's Chemiosmose produziert ATP durch die Wirkung des Enzyms ATP-Synthase.

Die meisten Schritte der Zellatmung finden statt innerhalb der Mitochondrien jeder Zelle. Die Mitochondrien haben eine glatte Außenmembran und eine stark gefaltete Innenmembran. Die Schlüsselreaktionen finden über die innere Membran statt, wobei Material und Ionen von der Matrix innerhalb der inneren Membran in und aus dem Zwischenmembranraum.

Die Elektronentransportkette ist das letzte Segment einer Reihe von Reaktionen, die mit Glukose beginnt und mit ATP, Kohlendioxid und Wasser endet. Während der Elektronentransportkettenschritte wird die Energie von NADH und FADH₂ wird benutzt um Protonen pumpen über die innere Mitochondrienmembran in den Intermembranraum. Die Protonenkonzentration im Raum zwischen innerer und äußerer Mitochondrienmembran steigt an und das Ungleichgewicht führt zu einem elektrochemischer Gradient über die innere Membran.

Chemiosmose findet statt, wenn a Protonenbewegungskraft bewirkt, dass Protonen durch eine semipermeable Membran diffundieren. Im Fall der Elektronentransportkette führt der elektrochemische Gradient über die innere Mitochondrienmembran zu einer protonenmotorischen Kraft auf die Protonen im Zwischenmembranraum. Die Kraft wirkt, um die Protonen durch die innere Membran zurück in die innere Matrix zu bewegen.

Ein Enzym namens ATP-Synthase ist in die innere Mitochondrienmembran eingebettet. Die Protonen diffundieren durch die ATP-Synthase, die die Energie der Protonenantriebskraft nutzt, um eine Phosphatgruppe zu den ADP-Molekülen hinzuzufügen, die in der Matrix innerhalb der inneren Membran verfügbar sind.

Auf diese Weise werden die ADP-Moleküle in den Mitochondrien am Ende des Elektronentransportkettensegments der Zellatmung in ATP umgewandelt. Die ATP-Moleküle können die Mitochondrien verlassen und an anderen Zellreaktionen teilnehmen.