АТФ (аденозинтрифосфат) - это органическая молекула, встречающаяся во всех живых клетках. Организмы должны иметь возможность двигаться, воспроизводить и находить пищу.
Эти действия требуют энергии и основаны на химические реакции внутри клеток, составляющих организм. Энергия для этих клеточных реакций исходит от Молекула АТФ.
Это предпочтительный источник топлива для большинства живых существ, и его часто называют «молекулярной денежной единицей».
Структура АТФ
В Молекула АТФ состоит из трех частей:
- В аденозин Модуль представляет собой азотистое основание, состоящее из четырех атомов азота и группы NH2 в основной цепи углеродного соединения.
- В рибоза группа - пятиуглеродный сахар в центре молекулы.
- В фосфат группы выстроены в линию и связаны атомами кислорода на дальней стороне молекулы, вдали от аденозиновой группы.
Энергия сохраняется в связях между фосфатными группами. Ферменты может отделить одну или две фосфатные группы, высвобождая накопленную энергию и подпитывая такие действия, как сокращение мышц. Когда АТФ теряет одну фосфатную группу, он становится
ADP или аденозиндифосфат. Когда АТФ теряет две фосфатные группы, он меняется на AMP или аденозинмонофосфат.Как клеточное дыхание производит АТФ
Процесс дыхания на клеточном уровне состоит из трех фаз.
В первых двух фазах молекулы глюкозы расщепляются и образуется CO2. На этом этапе синтезируется небольшое количество молекул АТФ. Большая часть АТФ создается во время третьей фазы дыхания через белковый комплекс, называемый АТФ-синтаза.
Последняя реакция в этой фазе объединяет половину молекулы кислорода с водородом с образованием воды. Подробные реакции каждой фазы следующие:
Гликолиз
Шестиуглеродная молекула глюкозы получает две фосфатные группы от двух молекул АТФ, превращая их в АДФ. Шестиуглеродный фосфат глюкозы расщепляется на две трехуглеродные молекулы сахара, к каждой из которых присоединена фосфатная группа.
Под действием кофермента НАД + молекулы фосфата сахара превращаются в молекулы трехуглеродного пирувата. Молекула НАД + становится НАДН, и молекулы АТФ синтезируются из АДФ.
Цикл Кребса
В Цикл Кребса также называется цикл лимонной кислоты, и он завершает распад молекулы глюкозы, генерируя больше молекул АТФ. Для каждой пируватной группы одна молекула НАД + окисляется до НАДН, и кофермент A доставляет ацетильную группу в цикл Кребса, высвобождая молекулу углекислого газа.
Для каждого витка цикла лимонной кислоты и ее производных цикл производит четыре молекулы НАДН для каждого входящего пирувата. В то же время молекула FAD приобретает два атома водорода и два электрона, чтобы стать FADH2, и высвобождаются еще две молекулы углекислого газа.
Наконец, за один оборот цикла образуется одна молекула АТФ.
Поскольку каждая молекула глюкозы производит две входные группы пирувата, для метаболизма одной молекулы глюкозы необходимы два витка цикла Кребса. Эти два витка производят восемь молекул NADH, две молекулы FADH2 и шесть молекул углекислого газа.
Электронная транспортная цепочка
Заключительная фаза клеточного дыхания - это электронная транспортная цепь или же И Т.П. Эта фаза использует кислород и ферменты, вырабатываемые циклом Кребса, для синтеза большого количества молекул АТФ в процессе, называемом оксидативное фосфорилирование. НАДН и ФАДН2 вначале отдают электроны цепи, и в ряде реакций накапливается потенциальная энергия для создания молекул АТФ.
Во-первых, молекулы НАДН становятся НАД +, поскольку они отдают электроны первому белковому комплексу цепи. Молекулы FADH2 отдают электроны и водороды второму белковому комплексу цепи и становятся FAD. Молекулы НАД + и ФАД возвращаются в цикл Кребса в качестве входных данных.
Когда электроны движутся вниз по цепочке в серии восстановления и окисления, или окислительно-восстановительный потенциал реакции, высвобождаемая энергия используется для перекачки белков через мембрану, либо клеточную мембрану для прокариоты или в митохондриях для эукариоты.
Когда протоны диффундируют обратно через мембрану через белковый комплекс, называемый АТФ-синтазой, энергия протонов используется для присоединения дополнительной фосфатной группы к АДФ, создавая молекулы АТФ.
Сколько АТФ вырабатывается на каждой фазе клеточного дыхания?
АТФ производится на каждом этапе клеточное дыхание, но первые две стадии сосредоточены на синтезе веществ для использования на третьей стадии, где происходит основная часть производства АТФ.
Гликолиз сначала использует две молекулы АТФ для расщепления молекулы глюкозы, но затем создает четыре молекулы АТФ для чистая прибыль двух. Цикл Кребса произвел еще две молекулы АТФ для каждой используемой молекулы глюкозы. Наконец, ETC использует доноры электронов с предыдущих этапов для производства 34 молекулы АТФ.
Таким образом, химические реакции клеточного дыхания производят в общей сложности 38 молекул АТФ для каждой молекулы глюкозы, которая вступает в гликолиз.
У некоторых организмов две молекулы АТФ используются для переноса НАДН из реакции гликолиза в клетке в митохондрии. Общая продукция АТФ для этих клеток составляет 36 молекул АТФ.
Зачем клеткам нужен АТФ?
В общем, клетки нуждаются в АТФ для получения энергии, но есть несколько способов использования потенциальной энергии фосфатных связей молекулы АТФ. Наиболее важными характеристиками АТФ являются:
- Его можно создать в одной ячейке и использовать в другой.
- Он может помочь разрушить и построить сложные молекулы.
- Его можно добавлять в органические молекулы для изменения их формы. Все эти особенности влияют на то, как клетка может использовать различные вещества.
Связь третьей фосфатной группы - это самый энергичный, но в зависимости от процесса фермент может разорвать одну или две фосфатные связи. Это означает, что фосфатные группы временно присоединяются к молекулам фермента, и вырабатывается АДФ или АМФ. Позднее во время клеточного дыхания молекулы АДФ и АМФ снова превращаются в АТФ.
В молекулы ферментов переносят фосфатные группы на другие органические молекулы.
Какие процессы используют АТФ?
АТФ находится во всех живых тканях и может проникать через клеточные мембраны, доставляя энергию туда, где она нужна организмам. Три примера использования АТФ: синтез органических молекул, содержащих фосфатные группы, реакции при содействии АТФ и активный транспорт молекул через мембраны. В каждом случае АТФ высвобождает одну или две свои фосфатные группы, чтобы позволить процессу протекать.
Например, ДНК и РНК молекулы состоят из нуклеотиды которые могут содержать фосфатные группы. Ферменты могут отделять фосфатные группы от АТФ и при необходимости добавлять их к нуклеотидам.
Для процессов с участием белков аминокислоты или химические вещества, используемые для сокращения мышц, АТФ может присоединять фосфатную группу к органической молекуле. Фосфатная группа может удалять части или способствовать добавлению к молекуле, а затем высвобождать ее после изменения. В мышечные клетки, такое действие осуществляется при каждом сокращении мышечной клетки.
При активном транспорте АТФ может пересекать клеточные мембраны и переносить с собой другие вещества. Он также может присоединять фосфатные группы к молекулам, изменить свою форму и позволить им пройти через клеточные мембраны. Без АТФ эти процессы остановились бы, и клетки больше не смогли бы функционировать.