Sadržaj
- Struktura ATP-a
- Kako stanična respiracija proizvodi ATP
- glikoliza
- Krebsov ciklus
- Transportni lanac elektrona
- Koliko ATP-a se proizvodi u svakoj fazi stanične respiracije?
- Zašto je stanicama potreban ATP?
- Koji se procesi koriste ATP-om?
ATP (adenozin trifosfat) je organska molekula koja se nalazi u živim stanicama. Organizmi se moraju moći kretati, razmnožavati i naći hranu.
Te aktivnosti uzimaju energiju i temelje se kemijske reakcije unutar stanica koje čine organizam. Energija za ove stanične reakcije dolazi od ATP molekule.
Preferirani je izvor goriva za većinu živih bića i često se naziva "molekularnom jedinicom valute".
Struktura ATP-a
Molekula ATP ima tri dijela:
Energija se skladišti u vezama između fosfatnih skupina. Enzimi mogu odvojiti jednu ili dvije fosfatne skupine oslobađajući pohranjenu energiju i gorivne aktivnosti kao što je kontrakcija mišića. Kad ATP izgubi jednu fosfatnu skupinu to postaje ADP ili adenozin-difosfat. Kada ATP izgubi dvije fosfatne skupine, mijenja se u AMP ili adenozin monofosfat.
Kako stanična respiracija proizvodi ATP
Proces disanja na staničnoj razini ima tri faze.
U prve dvije faze molekule glukoze se razgrađuju i stvara se CO2. U ovom se trenutku sintetizira mali broj ATP molekula. Većina ATP-a stvara se tijekom treće faze disanja pomoću proteinskog kompleksa zvanog ATP sintaza.
Konačna reakcija u toj fazi kombinira pola molekule kisika s vodikom za proizvodnju vode. Detaljne reakcije svake faze su sljedeće:
glikoliza
Molekula glukoze sa šest ugljika prima dvije fosfatne skupine iz dvije ATP molekule, pretvarajući ih u ADP. Šest-ugljikov glukozni fosfat razgrađuje se na dvije molekule šećera sa tri ugljika, a svaka ima fosfatnu skupinu.
Pod djelovanjem koenzima NAD +, molekule šećera fosfata postaju molekule tri ugljika piruvata. NAD + molekula postaje NADH, a molekule ATP sintetiziraju se iz ADP-a.
Krebsov ciklus
Krebsov ciklus se također naziva i ciklus limunske kiseline, i dovršava razgradnju molekule glukoze uz stvaranje više ATP molekula. Za svaku piruvatnu skupinu, jedna molekula NAD + postaje oksidirana u NADH, a koenzim A dovodi acetilnu skupinu u Krebsov ciklus dok oslobađa molekulu ugljičnog dioksida.
Za svaki korak ciklusa limunskom kiselinom i njenim derivatima, ciklus proizvodi četiri NADH molekule za svaki unos piruvata. Istovremeno, molekula FAD preuzima dva vodika i dva elektrona FADH2, te se oslobađaju još dvije molekule ugljičnog dioksida.
Konačno, stvara se jedna ATP molekula u jednom koraku ciklusa.
Budući da svaka molekula glukoze proizvodi dvije piruvatne ulazne skupine, potrebna su dva okreta Krebsova ciklusa za metabolizaciju jedne molekule glukoze. Ova dva zavoja proizvode osam NADH molekula, dvije molekule FADH2 i šest molekula ugljičnog dioksida.
Transportni lanac elektrona
Završna faza staničnog disanja je lanac transporta elektrona ili ITD Ova faza koristi kisik i enzime proizvedene u Krebsovom ciklusu za sintezu velikog broja ATP molekula u procesu tzv. oksidativna fosforilacija, NADH i FADH2 u početku doniraju elektrone u lanac, a niz reakcija stvara potencijalnu energiju za stvaranje ATP molekula.
Prvo, NADH molekule postaju NAD + dok doniraju elektrone prvom proteinkom kompleksu u lancu. Molekule FADH2 doniraju elektrone i vodikove drugom proteinkom kompleksu u lancu i postaju FAD. Molekule NAD + i FAD vraćaju se u Krebsov ciklus kao ulazi.
Dok elektroni putuju niz lanac u nizu redukcija i oksidacija, ili redoks Reakcija, oslobođena energija koristi se za pumpanje proteina kroz membranu, bilo za staničnu membranu prokariota ili u mitohondrijama za eukariota.
Kad protoni difundiraju natrag kroz membranu kroz proteinski kompleks nazvan ATP sintaza, protonska energija koristi se za vezanje dodatne fosfatne skupine na ADP stvarajući ATP molekule.
Koliko ATP-a se proizvodi u svakoj fazi stanične respiracije?
ATP se proizvodi u svakoj fazi staničnog disanja, ali prve dvije faze su usredotočene na sintetiziranje tvari za upotrebu trećeg stupnja gdje se odvija najveći dio proizvodnje ATP-a.
Glikoliza prvo koristi dvije molekule ATP-a za cijepanje molekule glukoze, ali potom stvara četiri ATP molekule za neto dobit od dva, Krebsov ciklus proizveden još dvije ATP molekule za svaku upotrijebljenu molekulu glukoze. Konačno, ETC koristi donore elektrona iz prethodnih faza za proizvodnju 34 molekule ATP-a.
Kemijske reakcije staničnog disanja stoga proizvode ukupno 38 ATP molekula za svaku molekulu glukoze koja ulazi u glikolizu.
U nekim se organizmima dvije molekule ATP koriste za prijenos NADH iz reakcije glikolize u stanici u mitohondrije. Ukupna proizvodnja ATP za ove stanice je 36 ATP molekula.
Zašto je stanicama potreban ATP?
Općenito, stanicama je potreban ATP za energiju, ali postoji nekoliko načina na koji se potencijalna energija koristi iz fosfatnih veza ATP molekule. Najvažnije značajke ATP-a su:
Treća veza fosfatne skupine je najenergičniji, ali ovisno o procesu, enzim može razbiti jednu ili dvije fosfatne veze. To znači da se fosfatne skupine privremeno vežu na molekule enzima i nastaje ADP ili AMP. Molekule ADP i AMP kasnije se vraćaju u ATP tijekom staničnog disanja.
enzimske molekule prenose fosfatne skupine u druge organske molekule.
Koji se procesi koriste ATP-om?
ATP se nalazi u živim tkivima i on može prelaziti stanične membrane da bi isporučio energiju tamo gdje organizmi to trebaju. Tri su primjera ATP upotrebe sinteza organskih molekula koje sadrže fosfatne skupine, reakcije omogućen ATP i aktivni transport molekula preko membrana. U svakom slučaju, ATP oslobađa jednu ili dvije njegove fosfatne skupine kako bi se omogućio proces.
Na primjer, molekule DNA i RNA čine nukleotidi koje mogu sadržavati fosfatne skupine. Enzimi mogu odvojiti fosfatne skupine od ATP-a i dodati ih nukleotidima prema potrebi.
Za procese koji uključuju proteine, aminokiseline ili kemikalije korištene za kontrakciju mišića, ATP može vezati fosfatnu skupinu na organsku molekulu. Fosfatna skupina može ukloniti dijelove ili pomoći dodavanju molekule, a zatim je osloboditi nakon promjene. U mišićnim stanicama se vrši ovakav postupak za svaku kontrakciju mišićne stanice.
Pri aktivnom transportu, ATP može prelaziti stanične membrane i sa sobom donijeti druge tvari. Na molekule se također može vezati fosfatne skupine mijenjaju oblik i omogućiti im prolazak kroz stanične membrane. Bez ATP-a, ti bi se procesi zaustavili i stanice više ne bi mogle funkcionirati.