როგორ გარდაიქმნება ADP ATP– ში მიტოქონდრიაში ქიმიოსმოსის დროს

ATP (ადენოზინტრიფოსფატი) მოლეკულას ცოცხალი ორგანიზმები იყენებენ, როგორც ენერგიის წყაროს. უჯრედები ენერგიას ინახავენ ATP– ში და ა ფოსფატის ჯგუფი ADP– მდე (ადენოზინის დიფოსფატი).

ქიმიოსმოზი არის მექანიზმი, რომელიც საშუალებას აძლევს უჯრედებს დაამატონ ფოსფატის ჯგუფი, შეცვლიან ADP– ს ATP– ით და ენერგიას ინახავენ დამატებით ქიმიურ კავშირში. გლუკოზის მეტაბოლიზმის საერთო პროცესები და უჯრედული სუნთქვა წარმოადგენს ჩარჩოს, რომელშიც შეიძლება ჩატარდეს ქიმიოსმოზი და საშუალებას მისცემს ADP- ს გარდაქმნას ATP- ზე.

ATP არის რთული ორგანული მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია ენერგიის შენახვა ფოსფატურ კავშირებში. ის ADP- სთან ერთად მუშაობს ცოცხალ უჯრედებში მრავალი ქიმიური პროცესის ასამაღლებლად. როდესაც ორგანულ ქიმიურ რეაქციას ენერგია სჭირდება მის დასაწყებად, მესამე ფოსფატის ჯგუფი ATP მოლეკულა შეუძლია დაიწყოს რეაქცია ერთ-ერთ რეაქტორთან მიერთებით. გამოთავისუფლებულ ენერგიას შეუძლია დაანგრიოს არსებული ობლიგაციები და შექმნას ახალი ორგანული ნივთიერებები.

მაგალითად, დროს გლუკოზის მეტაბოლიზმი, გლუკოზის მოლეკულები უნდა დაიშალა ენერგიის მოსაპოვებლად. უჯრედები იყენებენ ATP ენერგიას არსებული გლუკოზის ბმების გასაქრობად და უფრო მარტივი ნაერთების შესაქმნელად. დამატებითი ATP მოლეკულები იყენებენ თავიანთ ენერგიას სპეციალური ფერმენტების და ნახშირორჟანგის წარმოებაში.

ზოგიერთ შემთხვევაში, ATP ფოსფატის ჯგუფი ერთგვარი ხიდის როლს ასრულებს. ის თავს იკავებს რთულ ორგანულ მოლეკულაზე და ფერმენტები ან ჰორმონები თავს იკავებენ ფოსფატების ჯგუფში. ATP ფოსფატის კავშირის გაწყვეტისას გამოთავისუფლებული ენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ახალი ქიმიური ბმების შესაქმნელად და უჯრედისთვის საჭირო ორგანული ნივთიერებების შესაქმნელად.

უჯრედული სუნთქვა არის ორგანული პროცესი, რომელიც აძლიერებს ცოცხალ უჯრედებს. ისეთი საკვები ნივთიერებები, როგორიცაა გლუკოზა, გარდაიქმნება ენერგიად, რომლის გამოყენება უჯრედებს შეუძლიათ თავიანთი საქმიანობის შესასრულებლად. ნაბიჯები უჯრედული სუნთქვა ასეთია:

1. გლუკოზა სისხლში კაპილარებიდან უჯრედებში გადადის.
2. გლუკოზა ორად იყოფა პირუვატის მოლეკულები უჯრედის ციტოპლაზმაში.
3. პიროვატის მოლეკულები ტრანსპორტირდება უჯრედში მიტოქონდრია.
4. ლიმონმჟავას ციკლი ანადგურებს პირუვატის მოლეკულებს და წარმოქმნის მაღალენერგეტიკულ მოლეკულებს NADH და FADH₂.
5. NADH და FADH₂მოლეკულები აძლიერებენ მიტოქონდრიებს ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი.
6. ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვიქიმიოსმოზი აწარმოებს ATP- ს ფერმენტის ATP სინტაზის მოქმედებით.

უჯრედული სუნთქვის ნაბიჯების უმეტესობა ხდება მიტოქონდრიის შიგნით თითოეული უჯრედისა. მიტოქონდრიებს აქვთ გლუვი გარეთა გარსი და ძლიერად დაკეცილი შიდა გარსი. ძირითადი რეაქციები ხდება შიდა მემბრანის გასწვრივ, მასალისა და იონების გადატანიდან მატრიცა შიდა გარსის შიგნით და მის გარეთ ინტერმბრანული სივრცე.

ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი არის რეაქციების სერიის ბოლო სეგმენტი, რომელიც იწყება გლუკოზით და მთავრდება ATP, ნახშირორჟანგით და წყლით. ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვის ნაბიჯების დროს ხდება ენერგია NADH და FADH– სგან₂ გამოიყენება ტუმბოს პროტონები შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის ინტერმბრანულ სივრცეში. პროტონის კონცენტრაცია შიდა და გარე მიტოქონდრიულ გარსებს შორის სივრცეში იზრდება და დისბალანსი იწვევს ელექტროქიმიური გრადიენტი შიდა მემბრანის გადაღმა.

ქიმიოსმოზი ხდება მაშინ, როდესაც ა პროტონის მამოძრავებელი ძალა იწვევს პროტონის დიფუზიას ნახევრად გამტარი მემბრანის მასშტაბით. ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვის შემთხვევაში, ელექტროქიმიური გრადიენტი შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე იწვევს პროტონის შუამავლობით მოქმედებას ძვალსშორისი სივრცეში. ძალა მოქმედებს პროტონის შინაგანი მემბრანის უკან გადასაადგილებლად, შინაგან მატრიქსში.

ფერმენტი ე.წ. ATP სინტაზა ჩანერგილია შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში. პროტონები დიფუზირდება ATP სინთეზის საშუალებით, რომელიც იყენებს პროტონის მამოძრავებელი ენერგიის ენერგიას, რათა დაამატოს ფოსფატური ჯგუფი ADP მოლეკულებს, რომლებიც ხელმისაწვდომია შიდა გარსის მატრიქსში.

ამ გზით, მიტოქონდრიის შიგნით ADP მოლეკულები გარდაიქმნება ATP- ში უჯრედული სუნთქვის პროცესის ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვის სეგმენტის ბოლოს. ATP მოლეკულებს შეუძლიათ მიტოქონდრიიდან გასვლა და სხვა უჯრედულ რეაქციებში მონაწილეობა.