Sisu
- ATP struktuur
- Kuidas rakuline hingamine tekitab ATP-d
- Glükolüüs
- Krebsi tsükkel
- Elektronide transpordiahel
- Kui palju ATP-d toodetakse rakuhingamise igas faasis?
- Miks vajavad rakud ATP-d?
- Millised protsessid kasutavad ATP-d?
ATP (adenosiintrifosfaat) on orgaaniline molekul, mida leidub kõikides elavates rakkudes. Organismid peavad saama liikuda, paljuneda ja toitu leida.
Need tegevused võtavad energiat ja põhinevad keemilised reaktsioonid organismi moodustavate rakkude sees. Nende rakuliste reaktsioonide energia tuleb ATP molekulist.
See on enamiku elusolendite jaoks eelistatav kütuseallikas ja seda nimetatakse sageli "valuuta molekulaarühikuks".
ATP struktuur
ATP molekul koosneb kolmest osast:
Energia salvestub fosfaatrühmade vahelistesse ühendustesse. Ensüümid võivad eraldada ühe või kaks fosfaatrühmast, vabastades salvestatud energia ja suurendades selliseid toiminguid nagu lihaste kokkutõmbumine. Kui ATP kaotab ühe fosfaatrühma, muutub see ADP või adenosiindifosfaat. Kui ATP kaotab kaks fosfaatrühma, muutub see väärtuseks AMP või adenosiinmonofosfaat.
Kuidas rakuline hingamine tekitab ATP-d
Hingamisprotsess rakutasandil koosneb kolmest faasist.
Esimeses kahes faasis lagundatakse glükoosimolekulid ja toodetakse CO2. Sel hetkel sünteesitakse väike arv ATP molekule. Suurem osa ATP-st luuakse hingamise kolmandas faasis valgukompleksi kaudu, mida nimetatakse ATP süntaas.
Selle etapi lõppreaktsioon ühendab vee saamiseks pool molekuli hapnikku vesinikuga. Iga etapi üksikasjalikud reaktsioonid on järgmised:
Glükolüüs
Kuusüsiniline glükoosimolekul võtab kahest ATP-molekulist vastu kaks fosfaatrühma, muutes need ADP-ks. Kuus süsiniku sisaldav glükoosfosfaat jaotatakse kaheks kolme süsiniku suhkru molekuliks, kummalegi on kinnitatud fosfaatrühm.
Koensüümi NAD + toimel muutuvad suhkru fosfaatmolekulid kolme süsiniku püruvaatmolekulideks. NAD + molekul muutub NADH, ja ATP molekulid sünteesitakse ADP-st.
Krebsi tsükkel
Krebsi tsüklit nimetatakse ka sidrunhappe tsükkel, ja see viib lõpule glükoosimolekuli lagunemise, genereerides samal ajal rohkem ATP molekule. Iga püruvaadirühma korral oksüdeeritakse üks NAD + molekul NADH-ks ja koensüüm A toimetab Krebsi tsüklisse atsetüülrühma, vabastades samal ajal süsinikdioksiidi molekuli.
Tsükli iga pöörde kohta sidrunhappe ja selle derivaatide kaudu toodab tsükkel neli NADH molekuli iga püruvaadi sisendi kohta. Samal ajal võtab molekul FAD kaheks vesiniks ja kaheks elektroniks FADH2, ja vabaneb veel kaks süsinikdioksiidi molekuli.
Lõpuks toodetakse tsükli ühe pöörde kohta üks ATP molekul.
Kuna iga glükoosimolekul tekitab kaks püruvaadi sisendrühma, on ühe glükoosimolekuli metaboliseerimiseks vaja Krebsi tsükli kahte pööret. Need kaks pööret toodavad kaheksa NADH molekuli, kaks FADH2 molekuli ja kuus süsinikdioksiidi molekuli.
Elektronide transpordiahel
Rakkude hingamise viimane faas on elektronide transpordiahel või JNE. Selles faasis kasutatakse hapniku ja Krebsi tsükli toodetud ensüümide abil suure hulga ATP-molekulide sünteesimiseks protsessi, mida nimetatakse oksüdatiivne fosforüülimine. NADH ja FADH2 annetavad ahelas algselt elektrone ja rea reaktsioonide käigus kogutakse ATP molekulide loomiseks potentsiaalset energiat.
Esiteks muutuvad NADH-i molekulid NAD + -ks, kuna nad annetavad ahela esimesele valgukompleksile elektronid. FADH2 molekulid annetavad elektrone ja vesinikke ahela teise valgukompleksi ja muutuvad FAD-iks. NAD + ja FAD molekulid suunatakse sisenditena tagasi Krebsi tsüklisse.
Elektronide liikudes mööda ahelat redutseerimise ja oksüdeerimise jadana või redoks Pärast reaktsioone kasutatakse vabanenud energiat valkude pumpamiseks üle membraani, kas rakumembraani jaoks prokarüootid või mitokondrites eukarüootid.
Kui prootonid difundeeruvad läbi membraani läbi proteiinikompleksi, mida nimetatakse ATP süntaasiks, kasutatakse prootonienergiat täiendava fosfaatrühma sidumiseks ADP-ga, luues ATP molekule.
Kui palju ATP-d toodetakse rakuhingamise igas faasis?
ATP toodetakse igas rakuhingamise etapis, kuid kaks esimest etappi on keskendunud ainete sünteesimisele kolmanda etapi jaoks, kus toimub suurem osa ATP tootmisest.
Glükolüüs kasutab glükoosimolekuli lõhestamiseks kõigepealt ära kaks ATP molekuli, kuid seejärel loob neli ATP molekuli puhaskasum kaks. Krebsi tsükkel toodetud veel kaks ATP molekuli iga kasutatud glükoosimolekuli kohta. Lõpuks kasutab ETC tootmiseks eelnevate etappide elektrondoonoreid 34 molekuli ATP-d.
Seetõttu tekitavad rakulise hingamise keemilised reaktsioonid kokku 38 ATP molekuli iga glükolüüsi siseneva glükoosimolekuli kohta.
Mõnedes organismides kasutatakse NADH ülekandmiseks raku glükolüüsireaktsioonist mitokondritesse kahte ATP molekuli. Nende rakkude ATP kogutoodang on 36 ATP molekuli.
Miks vajavad rakud ATP-d?
Üldiselt vajavad rakud energia saamiseks ATP-d, kuid ATP-molekuli fosfaatsidemetest saadavat potentsiaalset energiat kasutatakse mitmel viisil. ATP olulisemad omadused:
Kolmas fosfaatrühma side on kõige energilisem, kuid sõltuvalt protsessist võib ensüüm lõhkuda ühe või kaks fosfaatsidet. See tähendab, et fosfaatrühmad kinnituvad ajutiselt ensüümimolekulide külge ja toodetakse kas ADP või AMP. ADP ja AMP molekulid muudetakse hiljem rakuhingamise ajal tagasi ATP-ks.
ensüümimolekulid viige fosfaatrühmad teistesse orgaanilistesse molekulidesse.
Millised protsessid kasutavad ATP-d?
ATP-d leidub kõigis elavates kudedes ja see võib ületada rakumembraane, et tarnida energiat sinna, kuhu organismid seda vajavad. Kolm näidet ATP kasutamisest on: süntees fosfaatrühmi sisaldavatest orgaanilistest molekulidest, reaktsioonid hõlbustatud ATP ja aktiivne transport molekulide arv läbi membraanide. Mõlemal juhul vabastab ATP protsessi toimumiseks ühe või kaks fosfaatrühma.
Näiteks koosnevad DNA ja RNA molekulid nukleotiidid mis võivad sisaldada fosfaatrühmi. Ensüümid võivad fosfaatrühmi ATP-st eraldada ja vajadusel lisada neid nukleotiididesse.
Valkudega seotud protsesside korral aminohapped või lihaste kokkutõmbamiseks kasutatavaid kemikaale, võib ATP kinnitada orgaanilises molekulis fosfaatrühma. Fosfaatgrupp võib molekulist osa eemaldada või molekulile täiendusi teha ja pärast muutmist vabastada. Lihasrakkudes toimub selline toiming lihasraku iga kontraktsiooni korral.
Aktiivsel transpordil suudab ATP ületada rakumembraane ja tuua endaga kaasa muid aineid. Samuti võib see molekulide külge kinnitada fosfaatrühmi muuda nende kuju ja lasta neil läbi rakumembraanide. Ilma ATP-ga need protsessid peatuksid ja rakud ei saaks enam funktsioneerida.