ATP （アデノシン三リン酸）は、生細胞全体に見られる有機分子です。 生物は動き、繁殖し、栄養を見つけることができなければなりません。
これらの活動はエネルギーを消費し、に基づいています 化学反応 生物を構成する細胞の内部。 これらの細胞反応のエネルギーは ATP分子.
それはほとんどの生物にとって好ましい燃料源であり、しばしば「通貨の分子単位」と呼ばれます。
ATPの構造
ザ・ ATP分子には3つの部分があります:
- ザ・ アデノシン モジュールは、4つの窒素原子と炭素化合物骨格上のNH2基で構成される窒素塩基です。
- ザ・ リボース グループは、分子の中心にある5炭素の糖です。
- ザ・ リン酸塩 アデノシン基から離れた分子の反対側にある酸素原子によって、基が並んでリンクされています。
エネルギーはリン酸基間のリンクに蓄えられます。 酵素 蓄積されたエネルギーを解放し、筋肉の収縮などの活動に燃料を供給するリン酸基の1つまたは2つを切り離すことができます。 ATPが1つのリン酸基を失うと、次のようになります。 ADP またはアデノシン二リン酸。 ATPが2つのリン酸基を失うと、次のように変化します。 AMP またはアデノシン一リン酸。
細胞呼吸がATPを生成する方法
細胞レベルでの呼吸過程には3つの段階があります。
最初の2つのフェーズでは、グルコース分子が分解され、CO2が生成されます。 この時点で、少数のATP分子が合成されます。 ATPのほとんどは、呼吸の第3段階で、と呼ばれるタンパク質複合体を介して生成されます。 ATP合成酵素.
その段階での最終反応は、酸素の半分の分子を水素と組み合わせて水を生成します。 各フェーズの詳細な反応は次のとおりです。
解糖
6炭素のグルコース分子は、2つのATP分子から2つのリン酸基を受け取り、それらをADPに変換します。 6炭素のグルコースリン酸は2つの3炭素糖分子に分解され、それぞれにリン酸基が結合しています。
補酵素NAD +の作用下で、糖リン酸分子は3炭素ピルビン酸分子になります。 NAD +分子は NADH、 ATP分子はADPから合成されます。
クレブス回路
ザ・ クレブス回路 とも呼ばれます クエン酸回路、 そしてそれはより多くのATP分子を生成しながらブドウ糖分子の分解を完了します。 ピルビン酸基ごとに、NAD +の1分子がNADHに酸化され、 補酵素 Aは、二酸化炭素分子を放出しながら、アセチル基をクレブス回路に送ります。
クエン酸とその誘導体を通るサイクルの各ターンで、サイクルはピルビン酸入力ごとに4つのNADH分子を生成します。 同時に、分子FADは2つの水素と2つの電子を取り、 FADH2、 さらに2つの二酸化炭素分子が放出されます。
最後に、サイクルの1ターンごとに単一のATP分子が生成されます。
各グルコース分子は2つのピルビン酸入力グループを生成するため、1つのグルコース分子を代謝するにはクレブス回路を2ターン必要とします。 これらの2つのターンは、8つのNADH分子、2つのFADH2分子、および6つの二酸化炭素分子を生成します。
電子伝達系
細胞呼吸の最終段階は 電子伝達系 または 等。 このフェーズでは、酸素とクレブス回路によって生成された酵素を使用して、と呼ばれるプロセスで多数のATP分子を合成します。 酸化的リン酸化. NADHとFADH2は最初に電子を鎖に供与し、一連の反応がポテンシャルエネルギーを蓄積してATP分子を生成します。
まず、NADH分子は、鎖の最初のタンパク質複合体に電子を供与するため、NAD +になります。 FADH2分子は、鎖の2番目のタンパク質複合体に電子と水素を提供してFADになります。 NAD +およびFAD分子は、入力としてクレブス回路に戻されます。
電子が一連の還元と酸化で鎖を下って移動するとき、または レドックス 反応、解放されたエネルギーは、膜を横切ってタンパク質を送り出すために使用されます。 原核生物 またはミトコンドリアで 真核生物.
プロトンがATPシンターゼと呼ばれるタンパク質複合体を介して膜を横切って拡散して戻ると、プロトンエネルギーを使用して追加のリン酸基がADPに結合し、ATP分子が生成されます。
細胞呼吸の各段階でどのくらいのATPが生成されますか？
ATPはの各段階で生成されます 細胞呼吸、しかし、最初の2つの段階は、ATP生成の大部分が行われる3番目の段階を使用するための物質の合成に焦点を合わせています。
解糖は、最初にグルコース分子の分割に2分子のATPを使い果たしますが、次に4つのATP分子を作成します。 2の純利益. 生成されたクレブス回路 さらに2つのATP分子 使用するグルコース分子ごとに。 最後に、ETCは前の段階の電子供与体を使用して生成します 34分子のATP.
したがって、細胞呼吸の化学反応は、 38個のATP分子 解糖系に入る各グルコース分子に対して。
一部の生物では、2分子のATPを使用して、NADHを細胞内の解糖反応からミトコンドリアに移動させます。 これらの細胞の総ATP産生は36ATP分子です。
なぜ細胞はATPを必要とするのですか？
一般に、細胞はエネルギーとしてATPを必要としますが、ATP分子のリン酸結合からの位置エネルギーを使用する方法はいくつかあります。 ATPの最も重要な機能は次のとおりです。
- あるセルで作成して別のセルで使用できます。
- それは、分解して複雑な分子を構築するのに役立ちます。
- 有機分子に加えて形を変えることができます。 これらの機能はすべて、細胞がさまざまな物質を使用する方法に影響を与えます。
3番目のリン酸基結合は 最もエネルギッシュ、しかし、プロセスによっては、酵素がリン酸結合の1つまたは2つを切断する場合があります。 これは、リン酸基が一時的に酵素分子に結合し、ADPまたはAMPのいずれかが生成されることを意味します。 ADPおよびAMP分子は、後で細胞呼吸中にATPに戻されます。
ザ・ 酵素分子 リン酸基を他の有機分子に移します。
どのプロセスがATPを使用しますか？
ATPは生体組織全体に見られ、細胞膜を通過して、生物が必要とする場所にエネルギーを供給することができます。 ATP使用の3つの例は 合成 リン酸基を含む有機分子の 反応 ATPによって促進され、 能動輸送 膜を横切る分子の。 いずれの場合も、ATPはそのリン酸基の1つまたは2つを放出して、プロセスを実行できるようにします。
例えば、 DNAとRNA 分子はで構成されています ヌクレオチド リン酸基が含まれている可能性があります。 酵素はATPからリン酸基を切り離し、必要に応じてヌクレオチドに追加することができます。
タンパク質が関与するプロセスの場合、 アミノ酸 または筋肉の収縮に使用される化学物質、ATPは有機分子にリン酸基を結合することができます。 リン酸基は、分子の一部を除去したり、分子に追加したりして、分子を変更した後に放出することができます。 に 筋細胞、この種のアクションは、筋細胞の収縮ごとに実行されます。
能動輸送では、ATPは細胞膜を通過して他の物質を運ぶことができます。 また、リン酸基を分子に結合させることもできます。 形を変える そしてそれらが細胞膜を通過できるようにします。 ATPがないと、これらのプロセスは停止し、細胞は機能できなくなります。