В АТФ (аденозинтрифосфат) Молекула используется живыми организмами как источник энергии. Клетки накапливают энергию в АТФ, добавляя фосфатная группа к АДФ (аденозиндифосфат).
Хемиосмос - это механизм, который позволяет клеткам добавлять фосфатную группу, изменяя АДФ на АТФ и сохраняя энергию в дополнительной химической связи. Общие процессы метаболизма глюкозы и клеточное дыхание составляют основу, в которой может происходить хемиосмос, и обеспечивать превращение АДФ в АТФ.
Определение АТФ и как оно работает
АТФ - сложная органическая молекула, которая может накапливать энергию в своих фосфатных связях. Он работает вместе с АДФ для обеспечения многих химических процессов в живых клетках. Когда органической химической реакции требуется энергия для ее запуска, третья фосфатная группа Молекула АТФ может инициировать реакцию, присоединяясь к одному из реагентов. Высвободившаяся энергия может разрушить некоторые из существующих связей и создать новые органические вещества.
Например, во время метаболизм глюкозы
молекулы глюкозы должны расщепляться для извлечения энергии. Клетки используют энергию АТФ для разрыва существующих связей глюкозы и создания более простых соединений. Дополнительные молекулы АТФ используют свою энергию для выработки специальных ферментов и углекислого газа.В некоторых случаях фосфатная группа АТФ действует как своего рода мостик. Он присоединяется к сложной органической молекуле, а ферменты или гормоны присоединяются к фосфатной группе. Энергия, выделяющаяся при разрыве фосфатной связи АТФ, может быть использована для образования новых химических связей и создания органических веществ, необходимых клетке.
Хемиосмос возникает во время клеточного дыхания
Клеточное дыхание - это органический процесс, который питает живые клетки. Питательные вещества, такие как глюкоза, преобразуются в энергию, которую клетки могут использовать для выполнения своей деятельности. Шаги клеточное дыхание следующие:
- Глюкоза в крови диффундирует из капилляров в клетки.
- Глюкоза делится на две части. молекулы пирувата в цитоплазме клетки.
- Молекулы пирувата транспортируются в клетку. митохондрии.
- В цикл лимонной кислоты расщепляет молекулы пирувата и производит молекулы высокой энергии НАДН и ФАДН2.
- В НАДН а также FADH2молекулы питают митохондрии электронная транспортная цепь.
- В электронная транспортная цепьХемиосмос производит АТФ под действием фермента АТФ-синтазы.
Большинство этапов клеточного дыхания происходит внутри митохондрий каждой ячейки. Митохондрии имеют гладкую внешнюю мембрану и сильно сложенную внутреннюю мембрану. Ключевые реакции происходят через внутреннюю мембрану, перенося материал и ионы из матрица внутри внутренней мембраны внутрь и наружу межмембранное пространство.
Как хемиосмос производит АТФ
Цепь переноса электронов - это последний сегмент в серии реакций, которые начинаются с глюкозы и заканчиваются АТФ, углекислым газом и водой. Во время этапов цепи переноса электронов энергия НАДН и ФАДН2 используется для накачка протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану в межмембранное пространство. Концентрация протонов в пространстве между внутренней и внешней мембранами митохондрий возрастает, и дисбаланс приводит к нарушению равновесия. электрохимический градиент через внутреннюю мембрану.
Хемиосмос возникает, когда движущая сила протона заставляет протоны диффундировать через полупроницаемую мембрану. В случае цепи переноса электронов электрохимический градиент через внутреннюю митохондриальную мембрану приводит к возникновению движущей силы протонов на протонах в межмембранном пространстве. Сила действует, чтобы переместить протоны обратно через внутреннюю мембрану во внутреннюю матрицу.
Фермент под названием АТФ-синтаза встроен во внутреннюю митохондриальную мембрану. Протоны диффундируют через АТФ-синтазу, которая использует энергию протонной движущей силы для добавления фосфатной группы к молекулам АДФ, имеющимся в матрице внутри внутренней мембраны.
Таким образом, молекулы АДФ внутри митохондрий превращаются в АТФ в конце сегмента цепи переноса электронов процесса клеточного дыхания. Молекулы АТФ могут выходить из митохондрий и участвовать в других клеточных реакциях.