Kuinka ADP muunnetaan ATP: ksi kemiosmoosin aikana mitokondrioissa

ATP (adenosiinitrifosfaatti) elävät organismit käyttävät molekyyliä energian lähteenä. Solut varastoivat energiaa ATP: hen lisäämällä a fosfaattiryhmä ADP: hen (adenosiinidifosfaatti).

Kemiosmoosi on mekanismi, jonka avulla solut voivat lisätä fosfaattiryhmän, muuttaa ADP: n ATP: ksi ja varastoida energiaa ylimääräiseen kemialliseen sidokseen. Glukoosimetabolian ja soluhengitys muodostavat puitteet, joissa kemiosmoosi voi tapahtua, ja mahdollistavat ADP: n muuttumisen ATP: ksi.

ATP on monimutkainen orgaaninen molekyyli, joka voi varastoida energiaa fosfaattisidoksiinsa. Se toimii yhdessä ADP: n kanssa monien elävien solujen kemiallisten prosessien tehostamiseksi. Kun orgaaninen kemiallinen reaktio tarvitsee energiaa sen aloittamiseksi, sen kolmas fosfaattiryhmä ATP-molekyyli voi aloittaa reaktion kiinnittymällä johonkin reagenssista. Vapautunut energia voi rikkoa joitain olemassa olevia sidoksia ja luoda uusia orgaanisia aineita.

Esimerkiksi aikana glukoosin metabolia

Joissakin tapauksissa ATP-fosfaattiryhmä toimii eräänlaisena siltana. Se kiinnittyy monimutkaiseen orgaaniseen molekyyliin ja entsyymit tai hormonit kiinnittyvät fosfaattiryhmään. ATP-fosfaattisidoksen rikkoutuessa vapautunutta energiaa voidaan käyttää uusien kemiallisten sidosten muodostamiseen ja solun tarvitsemien orgaanisten aineiden luomiseen.

Soluhengitys on orgaaninen prosessi, joka ohjaa eläviä soluja. Ravinteet, kuten glukoosi, muutetaan energiaksi, jota solut voivat käyttää toimintojensa suorittamiseen. Vaiheet soluhengitys ovat seuraavat:

1. Glukoosi veressä diffundoituu kapillaareista soluihin.
2. Glukoosi jaetaan kahteen osaan pyruvaattimolekyylit solun sytoplasmassa.
3. Pyruvaattimolekyylit kuljetetaan soluun mitokondrioita.
4. sitruunahapposykli hajottaa pyruvaattimolekyylit ja tuottaa suurenergisiä molekyylejä NADH ja FADH₂.
5. NADH ja FADH₂molekyylit voimistavat mitokondrioita elektronien siirtoketju.
6. elektronien siirtoketjukemiosmoosi tuottaa ATP: tä ATP-syntaasientsyymin vaikutuksesta.

Suurin osa soluhengitysvaiheista tapahtuu mitokondrioiden sisällä jokaisesta solusta. Mitokondrioissa on sileä ulkokalvo ja voimakkaasti taitettu sisäkalvo. Keskeiset reaktiot tapahtuvat sisäkalvon poikki siirtäen materiaalia ja ioneja matriisi sisäkalvon sisään ja ulos kalvojen välinen tila.

Elektronin siirtoketju on viimeinen segmentti reaktiosarjassa, joka alkaa glukoosista ja päättyy ATP: hen, hiilidioksidiin ja veteen. Elektronien siirtoketjuvaiheiden aikana NADH: n ja FADH: n energia₂ on tapana pumpata protoneja sisäisen mitokondriomembraanin läpi kalvojen väliseen tilaan. Protonipitoisuus sisä- ja ulomman mitokondrioiden kalvojen välillä nousee ja epätasapaino johtaa sähkökemiallinen gradientti sisäkalvon poikki.

Kemiosmoosi tapahtuu, kun a protonien liikkeellepaneva voima aiheuttaa protonien diffundoitumisen puoliläpäisevän kalvon poikki. Elektronikuljetusketjun tapauksessa sisäisen mitokondriomembraanin läpi kulkeva sähkökemiallinen gradientti johtaa protonien liikevoimaan protoneihin kalvojen välisessä tilassa. Voima siirtää protonit takaisin sisäkalvon läpi sisämatriisiin.

Entsyymi nimeltä ATP-syntaasi on upotettu sisäiseen mitokondrioiden kalvoon. Protonit diffundoituvat ATP-syntaasin kautta, joka käyttää protonien liikkeelle tulevan energian avulla fosfaattiryhmän lisäämään ADP-molekyyleihin, jotka ovat käytettävissä matriisissa sisäkalvon sisällä.

Tällä tavalla mitokondrioiden sisällä olevat ADP-molekyylit muunnetaan ATP: ksi soluhengitysprosessin elektronikuljetusketjun segmentin lopussa. ATP-molekyylit voivat poistua mitokondrioista ja osallistua muihin solureaktioihin.