Kako se ADP pretvori v ATP med kemiosmozo v mitohondrijih

The ATP (adenozin trifosfat) molekulo živi organizmi uporabljajo kot vir energije. Celice shranjujejo energijo v ATP z dodajanjem a fosfatna skupina na ADP (adenozin difosfat).

Kemiosmoza je mehanizem, ki celicam omogoča dodajanje fosfatne skupine, spreminjanje ADP v ATP in shranjevanje energije v dodatni kemični vezi. Splošni procesi presnove glukoze in celično dihanje predstavljajo okvir, v katerem lahko poteka kemiosmoza, in omogočajo pretvorbo ADP v ATP.

ATP je zapletena organska molekula, ki lahko shranjuje energijo v svojih fosfatnih vezah. Skupaj z ADP poganja številne kemične procese v živih celicah. Ko organska kemična reakcija potrebuje energijo za začetek, tretja fosfatna skupina Molekula ATP lahko sproži reakcijo tako, da se pritrdi na enega od reaktantov. Sproščena energija lahko pretrga nekatere obstoječe vezi in ustvari nove organske snovi.

Na primer, med presnova glukoze, molekule glukoze je treba razgraditi za pridobivanje energije. Celice uporabljajo energijo ATP za prekinitev obstoječih glukoznih vezi in ustvarjanje enostavnejših spojin. Dodatne molekule ATP s svojo energijo pomagajo proizvajati posebne encime in ogljikov dioksid.

V nekaterih primerih fosfatna skupina ATP deluje kot nekakšen most. Veže se na kompleksno organsko molekulo, encimi ali hormoni pa na fosfatno skupino. Energijo, ki se sprosti ob prekinitvi fosfatne vezi ATP, lahko uporabimo za tvorbo novih kemičnih vezi in ustvarjanje organskih snovi, ki jih celica potrebuje.

Celično dihanje je organski proces, ki poganja žive celice. Hranila, kot je glukoza, se pretvorijo v energijo, ki jo celice lahko uporabijo za izvajanje svojih dejavnosti. Koraki celično dihanje so naslednji:

1. Glukoza v krvi se iz kapilar razprši v celice.
2. Glukoza se razdeli na dva dela molekule piruvata v celični plazmi.
3. Molekule piruvata se prenašajo v celico mitohondrije.
4. The cikel citronske kisline razgrajuje molekule piruvata in tvori visokoenergijske molekule NADH in FADH₂.
5. The NADH in FADH₂molekule poganjajo mitohondrije elektronska transportna veriga.
6. The elektronska transportna verigaKemiosmoza s pomočjo encima ATP sintaze proizvaja ATP.

Večina korakov celičnega dihanja poteka znotraj mitohondrijev vsake celice. Mitohondriji imajo gladko zunanjo membrano in močno zloženo notranjo membrano. Ključne reakcije potekajo po notranji membrani in prenašajo material in ione iz matriko znotraj notranje membrane v in zunaj med membranski prostor.

Veriga prenosa elektronov je zadnji segment v nizu reakcij, ki se začne z glukozo in konča z ATP, ogljikovim dioksidom in vodo. Med koraki verige prenosa elektronov se energija iz NADH in FADH₂ je vajen protoni črpalke preko notranje mitohondrijske membrane v medmembranski prostor. Koncentracija protona v prostoru med notranjo in zunanjo mitohondrijsko membrano naraste in neravnovesje povzroči elektrokemični gradient čez notranjo membrano.

Kemiosmoza se zgodi, ko a protonska gibalna sila povzroči, da protoni difundirajo po polprepustni membrani. V primeru verige prenosa elektronov elektrokemijski gradient čez notranjo mitohondrijsko membrano povzroči protonsko gibalno silo na protone v medmembranskem prostoru. Sila deluje tako, da protone premakne nazaj po notranji membrani v notranjo matriko.

Encim imenovan ATP sintaza je vgrajen v notranjo mitohondrijsko membrano. Protoni difundirajo skozi ATP sintazo, ki z energijo iz protonske gibalne sile doda fosfatno skupino molekulam ADP, ki so na voljo v matrici znotraj notranje membrane.

Na ta način se molekule ADP v mitohondrijih pretvorijo v ATP na koncu segmenta prenosne elektrone v celičnem procesu dihanja. Molekule ATP lahko zapustijo mitohondrije in sodelujejo v drugih celičnih reakcijah.