ATP (adenozino trifosfatas) molekulę gyvieji organizmai naudoja kaip energijos šaltinį. Ląstelės kaupia energiją ATP, pridedant a fosfatų grupė iki ADP (adenozino difosfato).
Chemiosmozė yra mechanizmas, leidžiantis ląstelėms pridėti fosfatų grupę, pakeičiantis ADP į ATP ir kaupiant energiją papildomame cheminiame ryšyje. Bendrieji gliukozės apykaitos procesai ir ląstelinis kvėpavimas sudaryti pagrindą, kuriame gali vykti chemiosmozė, ir sudaryti galimybes ADP virsti ATP.
ATP apibrėžimas ir kaip tai veikia
ATP yra sudėtinga organinė molekulė, galinti kaupti energiją fosfatinėse jungtyse. Jis kartu su ADP veikia daugelį cheminių procesų gyvose ląstelėse. Kai organinei cheminei reakcijai pradėti reikia energijos, trečioji fosfato grupė ATP molekulė gali inicijuoti reakciją prisitvirtindamas prie vieno iš reagentų. Išsiskyrusi energija gali sulaužyti kai kuriuos esamus ryšius ir sukurti naujų organinių medžiagų.
Pavyzdžiui, per gliukozės apykaita, norint išgauti energiją, gliukozės molekules reikia suskaidyti. Ląstelės naudoja ATP energiją, kad nutrauktų esamas gliukozės jungtis ir sukurtų paprastesnius junginius. Papildomos ATP molekulės naudoja savo energiją, kad padėtų gaminti specialius fermentus ir anglies dioksidą.
Kai kuriais atvejais ATP fosfatų grupė veikia kaip tam tikras tiltas. Jis prisijungia prie kompleksinės organinės molekulės, o fermentai ar hormonai - prie fosfatų grupės. Energiją, išsiskiriančią nutrūkus ATP fosfato ryšiui, galima panaudoti naujiems cheminiams ryšiams suformuoti ir ląstelei reikalingoms organinėms medžiagoms sukurti.
Chemiozmozė vyksta ląstelių kvėpavimo metu
Ląstelių kvėpavimas yra organinis procesas, valdantis gyvas ląsteles. Maistinės medžiagos, tokios kaip gliukozė, virsta energija, kurią ląstelės gali naudoti savo veiklai vykdyti. Žingsniai ląstelinis kvėpavimas yra tokie:
- Gliukozė kraujyje iš kapiliarų difunduoja į ląsteles.
- Gliukozė padalijama į dvi dalis piruvato molekulės ląstelės citoplazmoje.
- Piruvato molekulės pernešamos į ląstelę mitochondrijos.
- citrinos rūgšties ciklas skaido piruvato molekules ir gamina didelės energijos molekules NADH ir FADH2.
- NADH ir FADH2molekulės valdo mitochondrijas elektronų perdavimo grandinė.
- elektronų perdavimo grandinėChemiozozė sukelia ATP veikdama fermento ATP sintazę.
Dauguma korinio kvėpavimo etapų vyksta mitochondrijų viduje kiekvienos ląstelės. Mitochondrijos turi lygią išorinę membraną ir stipriai sulankstytą vidinę membraną. Pagrindinės reakcijos vyksta per vidinę membraną, perduodamos medžiagą ir jonus iš matrica vidinės membranos viduje ir iš jos tarp membranos erdvė.
Kaip chemiosmozė gamina ATP
Elektronų pernešimo grandinė yra galutinis reakcijų serijos segmentas, prasidedantis gliukoze ir baigiantis ATP, anglies dioksidu ir vandeniu. Vykstant elektronų perdavimo grandinės energijai iš NADH ir FADH2 turi įprotį siurbti protonus per vidinę mitochondrijų membraną į tarpmembraninę erdvę. Protonų koncentracija erdvėje tarp vidinės ir išorinės mitochondrijų membranų padidėja, o dėl disbalanso susidaro elektrocheminis gradientas per vidinę membraną.
Chemiosmozė vyksta, kai a protonų varomoji jėga sukelia protonų difuziją per puslaidžią membraną. Elektronų transportavimo grandinės atveju elektrocheminis gradientas per vidinę mitochondrijų membraną sukelia protonų judėjimo jėgą protonams tarpmembraninėje erdvėje. Jėga veikia protonus atgal per vidinę membraną į vidinę matricą.
Fermentas vadinamas ATP sintazė yra įdėta į vidinę mitochondrijų membraną. Protonai difunduoja per ATP sintazę, kuri naudoja protonų varomosios jėgos energiją fosfatų grupei pridėti prie ADP molekulių, esančių vidinėje membranoje esančioje matricoje.
Tokiu būdu mitochondrijų viduje esančios ADP molekulės yra paverčiamos ATP ląstelių kvėpavimo proceso elektronų transportavimo grandinės segmento pabaigoje. ATP molekulės gali išeiti iš mitochondrijų ir dalyvauti kitose ląstelių reakcijose.