Wat zijn de twee processen die ATP produceren?

De reden dat je eet, is om uiteindelijk een molecuul te maken genaamd ATP (adenosine trifosfaat) zodat je cellen de middelen hebben om zichzelf, en dus ook jou, aan te drijven. En niet toevallig, de reden dat je ademt is dat er zuurstof nodig is om de maximale hoeveelheid celenergie uit de voorlopers van de glucose moleculen in dat voedsel.

Het proces dat menselijke cellen gebruiken om ATP te genereren, wordt cellulaire ademhaling genoemd. Het resulteert in de aanmaak van 36 tot 38 ATP per glucosemolecuul. Het bestaat uit een reeks stadia, beginnend in het celcytoplasma en zich verplaatsend naar de mitochondriën, de "krachtcentrales" van eukaryote cellen. De twee ATP-producerende processen kunnen worden gezien als glycolyse (het anaërobe deel) gevolgd door aërobe ademhaling (het zuurstofverbruikende deel).

Chemisch gezien is ATP een nucleotide. Nucleotiden zijn ook de bouwstenen van DNA. Alle nucleotiden bestaan ​​uit een suikergedeelte met vijf koolstofatomen, een stikstofbase en één tot drie fosfaatgroepen. De base kan ofwel adenine (A), cytosine (C), guanine (G), thymine (T) of uracil (U) zijn. Zoals je aan de naam kunt zien, is de base in ATP adenine en bevat het drie fosfaatgroepen.

Wanneer ATP is "gebouwd", is de directe voorloper ervan: ADP (adenosinedifosfaat), die zelf afkomstig is van AMP (adenosinemonofosfaat). Het enige verschil tussen de twee is de derde fosfaatgroep die aan de fosfaat-fosfaat "keten" in ADP is bevestigd. Het verantwoordelijke enzym wordt ATP-synthase genoemd.

Wanneer ATP door de cel wordt "uitgegeven", is de reactienaam van ATP naar ADP: hydrolyse, omdat water wordt gebruikt om de binding tussen de twee eindfosfaatgroepen te verbreken. Een eenvoudige vergelijking voor het hervormen van ATP van zijn nucleotide-verwanten is ADP + P_ik, of zelfs AMP + 2 P_ik. waar P_ik is anorganisch (dat wil zeggen, niet gehecht aan een molecuul dat koolstof bevat) fosfaat.

Cellulaire ademhaling komt alleen voor bij eukaryoten, het meercellige, grotere en complexere antwoord van de natuur op de eencellige prokaryoten. Mensen behoren tot de eerste, terwijl bacteriën de laatste bevolken. Het proces verloopt in vier fasen: glycolyse, die ook voorkomt in prokaryoten en geen zuurstof nodig heeft; de brug reactie; en de twee reactiereeksen van aërobe ademhaling, de citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen.

Om glycolyse te starten, heeft een glucosemolecuul dat in de cel is gediffundeerd over het plasmamembraan een fosfaat gehecht aan een van zijn koolstofatomen. Het wordt vervolgens herschikt tot een fructosemolecuul, waarna een tweede fosfaatgroep aan een ander koolstofatoom wordt gehecht. Het resulterende dubbel gefosforyleerde zes-koolstofmolecuul wordt gesplitst in twee drie-koolstofmoleculen. Deze fase kost twee ATP.

Het tweede deel van de glycolyse gaat verder met de drie-koolstofmoleculen die in een reeks stappen worden herschikt in: pyruvaat, terwijl in de tussentijd twee fosfaten worden toegevoegd en vervolgens alle vier worden verwijderd en toegevoegd aan ADP om te vormen ATP. Deze fase produceert vier ATP,waardoor de netto opbrengst van glycolyse twee ATP is.

De brugreactie in de mitochondriën zorgt ervoor dat het pyruvaatmolecuul klaar is voor actie door een van zijn koolstoffen en twee zuurstofatomen te verwijderen om acetaat te verkrijgen, dat vervolgens wordt toegevoegd aan co-enzym A om acetyl CoA te vormen.

De twee-koolstof acetyl CoA wordt toegevoegd aan een vier-koolstof molecuul, oxaalacetaat, om de reacties op gang te brengen. Het resulterende molecuul met zes koolstofatomen wordt uiteindelijk gereduceerd tot oxaalacetaat (vandaar "cyclus" in de titel; een reactant is ook een product). In het proces, twee ATP en 10 moleculen bekend als elektronendragers (acht NADH en twee FADH₂) zijn geproduceerd.

In de laatste fase van de cellulaire ademhaling en de tweede aerobe fase worden de verschillende hoogenergetische elektronendragers ingezet. Hun elektronen worden verwijderd door enzymen die zijn ingebed in het mitochondriale membraan, en hun energie is energy gebruikt om de toevoeging van fosfaatgroepen aan ADP te stimuleren om ATP te vormen, een proces dat oxidatief wordt genoemd fosforylering. Zuurstof is uiteindelijk de laatste elektronenacceptor.

Het resultaat is 32 tot 34 ATP, wat betekent dat, door twee ATP toe te voegen, elk van glycolyse en de Krebs-cyclus, cellulaire ademhaling produceert 36 tot 38 ATP per glucosemolecuul.