สองกระบวนการที่สร้าง ATP คืออะไร?

เหตุผลที่คุณกินคือการสร้างโมเลกุลที่เรียกว่า ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) เพื่อให้เซลล์ของคุณมีช่องทางในการเติมพลังให้กับตัวเอง และด้วยเหตุนี้คุณจึงพร้อมไปด้วย และไม่ใช่โดยบังเอิญ เหตุผลที่คุณหายใจเพราะต้องการออกซิเจนเพื่อให้ได้พลังงานเซลล์ในปริมาณสูงสุดจากสารตั้งต้นของ กลูโคส โมเลกุลในอาหารนั้นๆ

กระบวนการที่เซลล์มนุษย์ใช้เพื่อสร้าง ATP เรียกว่าการหายใจระดับเซลล์ ส่งผลให้เกิดการสร้าง 36 ถึง 38 ATP ต่อโมเลกุลของกลูโคส ประกอบด้วยชุดของขั้นตอน โดยเริ่มต้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์และเคลื่อนไปยังไมโทคอนเดรีย ซึ่งเป็น "โรงไฟฟ้า" ของเซลล์ยูคาริโอต กระบวนการผลิต ATP ทั้งสองแบบสามารถมองได้ว่าเป็นไกลโคไลซิส (ส่วนที่ไม่ใช้ออกซิเจน) ตามด้วยการหายใจแบบใช้ออกซิเจน (ส่วนที่ต้องใช้ออกซิเจน)

ในทางเคมี ATP คือ a นิวคลีโอไทด์. นิวคลีโอไทด์ยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของดีเอ็นเอ นิวคลีโอไทด์ทั้งหมดประกอบด้วยน้ำตาลห้าคาร์บอน เบสไนโตรเจน และกลุ่มฟอสเฟตหนึ่งถึงสามกลุ่ม เบสสามารถเป็นได้ทั้ง adenine (A), cytosine (C), guanine (G), thymine (T) หรือ uracil (U) อย่างที่คุณแยกแยะได้จากชื่อของมัน เบสใน ATP คืออะดีนีน และประกอบด้วยกลุ่มฟอสเฟตสามกลุ่ม

เมื่อ ATP ถูก "สร้าง" สารตั้งต้นทันทีคือ ADP (อะดีโนซีนไดฟอสเฟต)ซึ่งตัวเองมาจาก AMP (อะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต). ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างทั้งสองคือกลุ่มฟอสเฟตที่สามที่ติดอยู่กับ "สายโซ่" ของฟอสเฟต-ฟอสเฟตใน ADP เอนไซม์ที่รับผิดชอบเรียกว่า ATP synthase

เมื่อ ATP ถูก "ใช้" โดยเซลล์ ชื่อปฏิกิริยา ATP ถึง ADP คือ การไฮโดรไลซิส, เนื่องจากน้ำถูกใช้เพื่อทำลายพันธะระหว่างเทอร์มินอลฟอสเฟตทั้งสองกลุ่ม สมการอย่างง่ายสำหรับการปฏิรูป ATP จากญาติของนิวคลีโอไทด์คือ ADP + P_ผมหรือแม้แต่ AMP + 2 P_ผม. ที่ไหนพี่_ผม เป็นอนินทรีย์ (นั่นคือ ไม่ยึดติดกับโมเลกุลที่มีคาร์บอน) ฟอสเฟต

การหายใจระดับเซลล์เกิดขึ้นเฉพาะในยูคาริโอต ซึ่งเป็นคำตอบของโปรคาริโอตเซลล์เดียวที่มีหลายเซลล์ ใหญ่กว่า และซับซ้อนกว่า มนุษย์อยู่ในหมู่อดีตในขณะที่แบคทีเรียอาศัยอยู่หลัง กระบวนการแผ่ออกไปในสี่ขั้นตอน: ไกลโคไลซิสซึ่งเกิดขึ้นในโปรคาริโอตและไม่ต้องการออกซิเจน ปฏิกิริยาสะพาน; และชุดปฏิกิริยาของการหายใจแบบแอโรบิกทั้งสองชุด คือ เครบส์ ไซเคิล และ ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน.

ในการเริ่มต้นไกลโคไลซิส โมเลกุลกลูโคสที่แพร่กระจายเข้าไปในเซลล์โดยผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาจะมีฟอสเฟตติดอยู่กับอะตอมของคาร์บอนตัวใดตัวหนึ่ง จากนั้นจะถูกจัดเรียงใหม่เป็นโมเลกุลของฟรุกโตส โดยที่กลุ่มฟอสเฟตที่สองจะเกาะติดกับอะตอมของคาร์บอนที่ต่างกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือโมเลกุลคาร์บอน 6 คาร์บอนที่มีฟอสโฟรีเลตแบบทวีคูณถูกแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลสามคาร์บอน เฟสนี้มีค่าใช้จ่ายสอง ATP

ส่วนที่สองของไกลโคไลซิสดำเนินการกับโมเลกุลคาร์บอนสามตัวที่ถูกจัดเรียงใหม่เป็นชุดของขั้นตอนใน pyruvate ในระหว่างนี้ เติมฟอสเฟต 2 ตัว จากนั้นนำทั้ง 4 ตัวออก และเพิ่มลงใน ADP เพื่อสร้าง เอทีพี ระยะนี้สร้าง ATP สี่ตัวทำให้ผลผลิตสุทธิของ glycolysis สอง ATP

ปฏิกิริยาสะพานในไมโทคอนเดรียทำให้โมเลกุลไพรูเวตพร้อมสำหรับการกระทำโดยการกำจัดคาร์บอนหนึ่งตัวและออกซิเจนสองตัวเพื่อให้เกิดอะซิเตท โคเอ็นไซม์ A เพื่อสร้าง acetyl CoA

อะเซทิลโคเอสองคาร์บอนถูกเติมลงในโมเลกุลคาร์บอนสี่ตัว ออกซาโลอะซีเตต เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไป ในที่สุด โมเลกุลคาร์บอน 6 ตัวที่เป็นผลลัพธ์ก็ถูกรีดิวซ์เป็นออกซาโลอะซีเตตในที่สุด (ด้วยเหตุนี้ "วัฏจักร" ในชื่อเรื่อง; สารตั้งต้นก็เป็นผลิตภัณฑ์เช่นกัน) ในกระบวนการนี้ ATP สองตัวและ 10 โมเลกุลที่เรียกว่า ตัวพาอิเล็กตรอน (แปด NADH และสอง FADH₂) ถูกผลิตขึ้น

ในระยะสุดท้ายของการหายใจระดับเซลล์ และระยะแอโรบิกที่สอง ตัวพาอิเล็กตรอนพลังงานสูงต่างๆ จะถูกนำไปใช้ อิเล็กตรอนของพวกมันถูกดึงออกโดยเอ็นไซม์ที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย และพลังงานของพวกมันคือ ใช้ในการเติมหมู่ฟอสเฟตให้กับ ADP เพื่อสร้าง ATP ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าออกซิเดชัน ฟอสโฟรีเลชั่น ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายในที่สุด

ผลลัพธ์คือ 32 ถึง 34 ATP ซึ่งหมายความว่าการเพิ่ม ATP สองตัวจาก glycolysis และวงจร Krebs แต่ละตัว การหายใจระดับเซลล์สร้าง 36 ถึง 38 ATP ต่อโมเลกุลกลูโคส