De ATP (adenosinetrifosfaat) molecuul wordt door levende organismen gebruikt als energiebron. Cellen slaan energie op in ATP door a. toe te voegen fosfaatgroep aan ADP (adenosinedifosfaat).
Chemiosmosis is het mechanisme waarmee cellen de fosfaatgroep kunnen toevoegen, ADP in ATP kunnen veranderen en energie kunnen opslaan in de extra chemische binding. De algemene processen van glucosemetabolisme en cellulaire ademhaling vormen het kader waarbinnen chemiosmosis kan plaatsvinden en de omzetting van ADP naar ATP mogelijk maken.
ATP-definitie en hoe het werkt
ATP is een complex organisch molecuul dat energie kan opslaan in zijn fosfaatbindingen. Het werkt samen met ADP om veel van de chemische processen in levende cellen aan te drijven. Wanneer een organisch-chemische reactie energie nodig heeft om op gang te komen, wordt de derde fosfaatgroep van de ATP-molecuul kan de reactie initiëren door zich aan een van de reactanten te hechten. De vrijgekomen energie kan een deel van de bestaande bindingen verbreken en nieuwe organische stoffen creëren.
Bijvoorbeeld tijdens glucose metabolisme, moeten de glucosemoleculen worden afgebroken om energie te winnen. Cellen gebruiken ATP-energie om bestaande glucosebindingen te verbreken en eenvoudiger verbindingen te maken. Extra ATP-moleculen gebruiken hun energie om speciale enzymen en koolstofdioxide te helpen produceren.
In sommige gevallen werkt de ATP-fosfaatgroep als een soort brug. Het hecht zich aan een complex organisch molecuul en enzymen of hormonen hechten zich aan de fosfaatgroep. De energie die vrijkomt wanneer de ATP-fosfaatbinding wordt verbroken, kan worden gebruikt om nieuwe chemische bindingen te vormen en de organische stoffen te creëren die de cel nodig heeft.
Chemiosmosis vindt plaats tijdens cellulaire ademhaling
Cellulaire ademhaling is het organische proces dat levende cellen aandrijft. Voedingsstoffen zoals glucose worden omgezet in energie die cellen kunnen gebruiken om hun activiteiten uit te voeren. De stappen van cellulaire ademhaling zijn als volgt:
- Glucose in het bloed diffundeert van haarvaten in cellen.
- De glucose wordt in tweeën gesplitst pyruvaat moleculen in het celcytoplasma.
- De pyruvaatmoleculen worden de cel in getransporteerd mitochondriën.
- De citroenzuur cyclus breekt de pyruvaatmoleculen af en produceert hoogenergetische moleculen NADH en FADH2.
- De NADH en FADH2moleculen voeden de mitochondriën elektronentransportketen.
- De elektronentransportketen's chemiosmosis produceert ATP door de werking van het enzym ATP-synthase.
De meeste cellulaire ademhalingsstappen vinden plaats in de mitochondriën van elke cel. De mitochondriën hebben een glad buitenmembraan en een zwaar gevouwen binnenmembraan. De belangrijkste reacties vinden plaats over het binnenmembraan, waarbij materiaal en ionen van de Matrix binnen het binnenmembraan in en uit de intermembrane ruimte.
Hoe Chemiosmosis ATP produceert
De elektronentransportketen is het laatste segment in een reeks reacties die begint met glucose en eindigt met ATP, koolstofdioxide en water. Tijdens de elektronentransportketenstappen wordt de energie van NADH en FADH2 is gewend aan pomp protonen over het binnenste mitochondriale membraan naar de intermembrane ruimte. De protonconcentratie in de ruimte tussen de binnenste en buitenste mitochondriale membranen stijgt en de onbalans resulteert in een elektrochemische gradiënt over het binnenmembraan.
Chemiosmosis vindt plaats wanneer a Proton bewegende kracht zorgt ervoor dat protonen diffunderen over een semi-permeabel membraan. In het geval van de elektronentransportketen resulteert de elektrochemische gradiënt over het binnenste mitochondriale membraan in een proton-aandrijvende kracht op de protonen in de intermembrane ruimte. De kracht werkt om de protonen terug te bewegen over het binnenmembraan, in de binnenste matrix.
Een enzym genaamd ATP-synthase is ingebed in het binnenste mitochondriale membraan. De protonen diffunderen door het ATP-synthase, dat de energie van de proton-aandrijfkracht gebruikt om een fosfaatgroep toe te voegen aan ADP-moleculen die beschikbaar zijn in de matrix in het binnenmembraan.
Op deze manier worden de ADP-moleculen in de mitochondriën omgezet in ATP aan het einde van het elektronentransportketensegment van het cellulaire ademhalingsproces. De ATP-moleculen kunnen de mitochondriën verlaten en deelnemen aan andere celreacties.