Informace

Pro buněčné procesy je vyžadován ATP


Nebyl jsem schopen najít nic, co by mi říkalo, kolik ATP je potřeba k replikaci, transkripci a translaci DNA u lidí, jen papíry, které zmiňují ATP použitý v těchto procesech.

Potřebuji vědět, kolik ATP je pro tyto procesy potřeba, protože jakmile je moje buňka od nuly naživu, nakrmím každou buňku 50 nanogramy glukózy, což poskytne 5 bilionů ATP. Pokud použiji tato čísla plus čísla pro jiné metabolické procesy, dostanu zhruba množství ATP potřebné na buňku před mitózou. Pokud to vím, pak budu vědět, jestli potřebuji nakrmit své buňky více glukózy nebo jestli stačí 50 nanogramů.

Kolik ATP je tedy zapotřebí k replikaci, transkripci a translaci DNA? Chci to z hlediska nukleotidů a aminokyselin, abych to mohl znásobit celkovým množstvím DNA, množstvím DNA v daném genu a množstvím aminokyselin v daném proteinu.


Pro replikaci a transkripci DNA potřebujete NTP. V dsDNA bude obsah purinu stejný jako obsah pyrimidinu. Uvažuji, že všechny nukleotidy jsou syntetizovány de novo který by spotřeboval více ATP než získání nukleotidů ze záchranné cesty.


Obr. 1: Syntéza pyrimidinu. Převzato z Wikipedie.


Obr. 2: Syntéza purinu. Převzato z Wikipedie.


Syntéza CTP vyžaduje jeden ATP navíc:

UTP + glutamin + ATP + H2O → CTP + ADP + P

Syntéza UTP vyžaduje 2 (krok 1; obr. 1) + 1 (krok 5; obr. 1: PRPP vyžaduje k vytvoření 1 ATP) +
2 (UMP → UTP) = 5 ATP

CTP vyžaduje 6 ATP

GTP vyžaduje 8 ATP (obr. 2) (syntéza ATP by také vyžadovala 8 ATP, ale pro jednoduchost předpokládejme, že ATP již existuje).

Konverze dNTP z NTP vyžaduje thioredoxin, který zase vyžaduje NADP, ale na to zapomeňme.

Za předpokladu 50% obsahu GC by jeden pár bází DNA vyžadoval v průměru 10 ATP (předpokládejme úsek 4nt - ACTG, to by vyžadovalo 1+6+5+8 ATP; tj. 5 ATP za nt; 10 ATP za bp)

U RNA by spotřeba ATP byla 5 ATP na nt.

Pro syntézu proteinů vyžaduje pro každý kodon faktor prodloužení jednu molekulu GTP a aminoacyl-tRNA syntetáza vyžaduje 1 molekulu ATP. Čistá spotřeba na aminokyselinu by tedy byla 9 ATP.

Ignoruji iniciační reakci, která také vyžaduje ATP k fosforylaci iniciačního faktoru. Také předpokládám, že aminokyseliny jsou získávány ze stravy a nejsou syntetizovány organismem.


Energie pro biologické procesy - ATP, fotosyntéza a dýchání

Všechny organismy potřebují energii. Život závisí na přenosu energie. ATP je důležitým zdrojem energie pro biologické procesy. Energie se přenáší z molekul, jako je glukóza, do přechodného zdroje energie, ATP.

ATP je rezervoárem potenciální chemické energie a funguje jako běžný meziprodukt v metabolismu, spojuje reakce vyžadující energii a energii. Biologové na úrovni potřebují znát strukturu ATP, její použití a její roli v biologických procesech.

Při fotosyntéze se energie přenáší na ATP ve stupni závislém na světle a ATP se využívá při syntéze na stupni nezávislém na světle. Studenti by měli podrobně znát chemický proces fotosyntézy. Toto téma se pro studenty často ukazuje jako velmi náročné a snadno se stanou zmatenými, takže dělají jednoduché chyby, jako jsou pigmenty, které absorbují světlo spíše než absordovou světelnou energii.

Při buněčném dýchání probíhá glykolýza v cytoplazmě a zbývající kroky v mitochondriích. Syntéza ATP je spojena s řetězcem přenosu elektronů v mitochondriálních membránách. Studenti musí být schopni vysvětlit proces glykolýzy s výslednou produkcí ATP a sníženou NAD. Poté musí být schopni popsat a vysvětlit zbývající kroky, pokud jde o odkazovou reakci, Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec.

I když tento seznam poskytuje zdroj informací a nápadů pro experimentální práci, je důležité si uvědomit, že doporučení lze datovat velmi rychle. NEDODRŽUJTE návrhy, které jsou v rozporu s aktuálními doporučeními CLEAPSS, SSERC nebo jinými nedávnými bezpečnostními příručkami. Uživatelé eLibrary jsou zodpovědní za zajištění toho, aby jakákoli činnost, včetně praktické práce, kterou provádějí, byla v souladu s aktuálními předpisy vztahujícími se na zdraví a bezpečnost a aby prováděli odpovídající hodnocení rizik. Další informace jsou uvedeny v našich pokynech k ochraně zdraví a bezpečnosti.


Úžasný energetický cyklus: ATP-ADP

Adenosintrifosfát, také známý jako ATP, obsahuje uloženou energii. Jedna molekula ATP obsahuje deset atomů uhlíku, šestnáct vodíku, pět dusíku, třináct kyslíku a 3 atomy fosforu. Zkratkový vzorec je C10H16N.5Ó13P3. V diagramu si všimněte, že ke konglomeraci, které říkáme adenosin, jsou připojeny tři fosfátové skupiny. Poslední dvě vazby na fosfátových skupinách obsahují obzvláště vysokou energii, a proto jsou velmi užitečné pro práci v živých buňkách.

Aby bylo možné využít výhod vysokých energetických vazeb v ATP, existuje v mnoha buňkách látka zvaná ATPase. Toto je opravdu rozdělovač ATP. Odřízne poslední fosfátovou skupinu molekuly ATP a přemění ji na adenosin difosfát. (Všimněte si, že předpona „di-“ znamená „dvě“.) V průběhu tohoto rozdělení se uvolňuje velké množství energie, které se v buňce používá k práci, přesouvání věcí a stavění věcí.

Když tělo konzumuje sacharidy a další potraviny, obsahují také energii. Když jsou rozloženy, energie se uvolní a v mnoha případech se energie použije k opětovnému připojení molekuly fosfátu k ADP a její přeměně zpět na ATP. Poté znovu začíná cyklus rozbíjení svazků a vytváření svazků, podle potřeby střídavě uvolňuje a ukládá energii. Pohodlný způsob, jak si zapamatovat cyklus, je ATP = ADP + P + energie 1!

Přidávání a odčítání fosfátu do ADP je metabolický proces. Metabolické procesy lze rozdělit na dvě fáze katabolismus je proces rozkladu (rozbití potravin na ATP) a anabolismus je proces budování (pomocí energie vytvořené při převodu ATP na ADP k vybudování buněk nebo přesunu molekul kolem buňky). Cyklus ATP - ADP probíhá v rostlinách (při fotosyntéze) a zvířatech.


Co je aktivní transportní proces?

Chcete pro nás napsat? Hledáme dobré spisovatele, kteří chtějí šířit slovo. Kontaktujte nás a domluvíme se.

Jak tedy probíhá proces aktivní dopravy? Když má být látka aktivně transportována do a z buňky, existují specializované transmembránové proteiny, které látku rozpoznají a umožní jí přístup přes membránu, pokud by to jinak nešlo. K tomu dochází, protože buď je to lipidová dvojvrstva membrány nepropustná, nebo proto, že se pohybuje proti směru koncentračního gradientu. Druhý případ, známý jako primární aktivní transport, obecně obsahuje proteiny jako pumpy a využívá chemickou energii ATP. Ostatní případy, které obvykle získávají energii využíváním elektrochemického gradientu, jsou známé jako sekundární aktivní transport a zahrnují proteiny, které se oddělují a vytvářejí kanály nebo póry přes buněčnou membránu, aby přes ni mohly procházet látky.

Někdy systém transportuje jednu látku v jednom směru, zatímco současně transportuje jinou látku v opačném směru. Toto je známé jako “antiport ”. “Symport ” je název pro transportní proces, kde jsou dva substráty transportovány současně stejným směrem přes membránu. Antiport a symport jsou spojeny se sekundárním aktivním transportem, tj. Jedna ze dvou látek je transportována ve směru jejich koncentračního gradientu s využitím energie odvozené z transportu druhé látky, obecně protonu, dolů jejím koncentračním gradientem.

Částice pohybující se z oblastí s nízkou koncentrací do oblastí s vysokou koncentrací, tj. V opačném směru než je koncentrační gradient, vyžadují přítomnost specifických transmembránových nosičových proteinů. Tyto proteiny mají receptory, které se vážou na specifické molekuly, jako je glukóza, a tím je transportují do buňky. Protože k tomuto procesu je zapotřebí energie, je známý jako aktivní transport. Příklady aktivního transportu zahrnují transport sodíku z buňky a draslíku do buňky, který se provádí pumpou sodík-draslík.

Aktivní transport je velmi důležitý proces, protože je buňkami vyžadován k udržení normálního stavu homeostázy. Tento proces často probíhá uvnitř vnitřní výstelky tenkého střeva. V rostlinách existuje potřeba absorbovat minerální soli z půdy, ale tyto soli existují v minimální koncentraci. Aktivní transport umožňuje těmto buňkám přijímat soli z této zředěné koncentrace proti směru koncentračního gradientu.

Související příspěvky

Buňky potřebují svůj denní podíl na jídle stejně jako lidé. Dělají to procesem fagocytózy. Tento článek BiologyWise vysvětluje tento důležitý proces buněčné biologie pomocí & hellip

Diferenciace buněk je nejběžnějším procesem ve všech rostoucích organismech a začíná, jakmile je oplodněno vajíčko. Co je tedy tak důležité? & Hellip

Meióza je proces dělení buněk, který probíhá ve dvou fázích, což vede ke vzniku čtyř haploidních gamet. Dvě fáze meiózy jsou meióza I a meióza II. & Hellip


Pro studenty a učitele zesilovačů

Pouze pro učitele

TRVÁNÍ POROZUMĚNÍ
ENE-2
Buňky mají membrány, které jim umožňují vytvořit a udržovat vnitřní prostředí, která se liší od jejich vnějšího prostředí.

CÍL UČENÍ
ENE-2.J
Popište procesy, které umožňují pohyb iontů a dalších molekul přes membrány.

ZÁKLADNÍ ZNALOST
ENE-2.J.1
Různé procesy umožňují pohyb iontů a dalších molekul přes membrány, včetně pasivního a aktivního transportu, endocytózy a exocytózy.


4.4 ATP: Adenosintrifosfát

Téměř všechny chemické reakce v lidských buňkách vyžadují energii. Odkud v buňce pochází energie k napájení takových reakcí? Odpověď spočívá v tom, že vědci volají molekulu dodávající energii adenosintrifosfát , nebo ATP . Jedná se o malou, relativně jednoduchou molekulu ( Obrázek 1 ), ale v některých svých svazcích obsahuje potenciál pro rychlý výbuch energie, který lze využít k provádění buněčné práce. Přemýšlejte o této molekule jako o primární měně buněk a#8217 podobně jako o penězích, které si lidé vyměňují za věci, které potřebují. ATP pohání většinu energeticky vyžadujících buněčných reakcí.

Obrázek 1. ATP je primární energetická měna buňky. Má adenosinový hlavní řetězec se třemi připojenými fosfátovými skupinami.

Jak naznačuje jeho název, adenosintrifosfát se skládá z adenosinu navázaného na tři fosfátové skupiny (Obrázek 1). Adenosin je nukleosid skládající se z dusíkaté báze adenin a pět uhlíkového cukru, ribózy. Tři fosfátové skupiny v pořadí nejblíže k ribózovému cukru jsou alfa, beta a gama. Tyto chemické skupiny dohromady tvoří energetickou elektrárnu. Ne všechny vazby v této molekule však existují ve zvláště vysokoenergetickém stavu. Obě vazby, které spojují fosfáty, jsou stejně vysokoenergetické vazby (fosfoanhydridové vazby) že když jsou zlomeny, uvolní dostatek energie k napájení různých buněčných reakcí a procesů. Tyto vysokoenergetické vazby jsou vazby mezi druhou a třetí (nebo beta a gama) fosfátovou skupinou a mezi první a druhou fosfátovou skupinou. Tyto vazby jsou „vysokoenergetické“, protože produkty takového rozpadu vazeb-adenosindifosfát (ADP) a jedna anorganická fosfátová skupina (P) - mají podstatně nižší volnou energii než reaktanty: ATP a molekula vody. Protože tato reakce probíhá pomocí molekuly vody, jedná se o hydrolytickou reakci. Jinými slovy, ATP hydrolyzuje na ADP v následující reakci:

ATP + H2O → ADP + Pi + volná energie

Jako většina chemických reakcí je hydrolýza ATP na ADP reverzibilní. Reverzní reakce regeneruje ATP z ADP + P. Buňky se spoléhají na regeneraci ATP, stejně jako se lidé spoléhají na regeneraci utracených peněz prostřednictvím nějakého druhu příjmu. Protože hydrolýza ATP uvolňuje energii, regenerace ATP musí vyžadovat přísun volné energie. Tato rovnice vyjadřuje tvorbu ATP:

ADP + Pi + volná energie → ATP + H2Ó

ATP je vysoce nestabilní molekula. Pokud není rychle použit k provádění práce, ATP se spontánně rozpadá na ADP + P , a volná energie uvolněná během tohoto procesu se ztrácí jako teplo. Buňky mohou využít energii uvolněnou během hydrolýzy ATP pomocí energetické vazby, kde je proces hydrolýzy ATP propojen s dalšími procesy v buňce. Jeden příklad energetické vazby pomocí ATP zahrnuje transmembránovou iontovou pumpu, která je extrémně důležitá pro buněčnou funkci. Tato sodno-draselná pumpa (pumpa Na + /K +) vytlačuje sodík z buňky a draslík do buňky ( Obrázek 2 ). Velké procento ATP buňky pohání tuto pumpu, protože buněčné procesy přinášejí do buňky značný sodík a draslík z něj. Čerpadlo neustále pracuje na stabilizaci buněčných koncentrací sodíku a draslíku. Aby pumpa otočila o jeden cyklus (export tří iontů Na + a import dvou iontů K +), musí jedna molekula ATP hydrolyzovat. Když ATP hydrolyzuje, jeho gama fosfát jednoduše neodpluje, ale ve skutečnosti se přenáší na protein pumpy. Vědci nazývají tento proces vazby fosfátové skupiny na molekulu fosforylací. Jako u většiny případů hydrolýzy ATP se fosfát z ATP přenáší na jinou molekulu. Ve fosforylovaném stavu má pumpa Na + /K + více volné energie a spouští se, aby podstoupila konformační změnu (změnu tvaru proteinu.) Tato změna jí umožňuje uvolnit Na + do buňky ’s venku. Poté váže extracelulární K +, což prostřednictvím další konformační změny způsobí uvolnění fosfátu z pumpy. Toto uvolňování fosfátů spouští uvolňování K + do buňky ’s uvnitř. V zásadě se energie uvolněná z hydrolýzy ATP spojuje s energií potřebnou k napájení čerpadla a transportu iontů Na + a K +. ATP provádí buněčnou práci pomocí této základní formy energetické vazby prostřednictvím fosforylace.

VIZUÁLNÍ PŘIPOJENÍ Obrázek 2. Čerpadlo sodík-draslík je příkladem energetické vazby. Energie získaná z exergonické hydrolýzy ATP pumpuje ionty sodíku a draslíku přes buněčnou membránu.

Během buněčných metabolických reakcí, jako je syntéza a rozpad živin, se určité molekuly musí ve své konformaci mírně změnit, aby se staly substráty pro další krok v reakční řadě. Jedním z příkladů je během prvních kroků buněčného dýchání, kdy se molekula cukrové glukózy rozpadne v procesu glykolýzy. V prvním kroku je vyžadován ATP k fosforylizaci glukózy, čímž se vytvoří vysokoenergetický, ale nestabilní meziprodukt. Tato fosforylační reakce pohání konformační změnu, která umožňuje molekule fosforylované glukózy převést na fosforylovanou cukr fruktózu. Fruktóza je nezbytným meziproduktem pro pohyb glykolýzy vpřed. Zde se hydrolýza ATP ’ exergonická reakce spojuje s endergonickou reakcí přeměny glukózy na fosforylovaný meziprodukt v dráze. Energie uvolněná rozbitím fosfátové vazby v ATP byla opět použita k fosforylizaci jiné molekuly, vytvoření nestabilního meziproduktu a napájení důležité konformační změny.


Jak fungují bioluminiscenční testy ATP?

Bioluminiscenční testy ATP využívají výhody enzymatické reakce luciferázy světlušek, která využívá ATP ze životaschopných buněk ke generování fotonů světla. Životaschopné buňky se lyžují, aby se uvolnil ATP pro detekci, a přidají se činidla obsahující enzym luciferázu světlušek a substrát, aby se katalyzovala dvoustupňová reakce.

Prvním reakčním krokem je aktivace luciferinu pomocí ATP za vzniku luciferyl-adenylátu a pyrofosfátu. Ve druhém kroku luciferyl-adenylát reaguje s molekulárním kyslíkem za vzniku oxyluciferinu v elektronicky excitovaném stavu a CO2. Excitovaný oxyluciferin se poté vrací do základního stavu uvolněním zeleného až žlutého luminiscenčního světla (550–570 nm). Intenzita luminiscenčního signálu je detekována pomocí luminometru.

Pokud je limitující složkou reakce luciferázy ATP, je luminiscence úměrná koncentraci ATP. Vyšší luminiscenční signál indikuje vyšší hladiny ATP.

Lineární korelace luminiscence a koncentrace ATP

V počátečních testech ATP luciferázová reakce uvolnila krátký „záblesk“ světla, který trval jen několik sekund. Detekce tak krátkého signálu vyžadovala luminometr s automatickými dávkovacími schopnostmi, a to buď jednoramennou nebo vícejamkovou čtečku desek.

Aby se zlepšil experimentální pracovní tok a snížila variabilita výsledků testů, vědci z Promega odvodili stabilní formu rekombinantní luciferázy (Ultra-Glo ™ rLuciferase), která není ovlivněna silnými detergenty používanými pro lyžování buněk a může koexistovat s inhibitory ATPázy, které stabilizují Jednou uvolněný ATP z lyžovaných buněk. Vylepšená stabilita a flexibilita Ultra-Glo ™ rLuciferase umožnila vývoj testů ATP s luminiscenčním signálem, který „svítí“ až několik hodin ve srovnání s historickými „bleskovými“ testy, které trvají jen několik sekund.

Zkoušky ATP typu záře nabízejí výzkumníkům flexibilnější pracovní postup, což umožňuje v experimentu vyhodnotit podstatně větší počet vzorků a pro žádné kroky protokolu nevyžadují automatické dávkovače.


Jak fungují bioluminiscenční testy ATP?

Bioluminiscenční testy ATP využívají výhody enzymatické reakce luciferázy světlušek, která využívá ATP ze životaschopných buněk ke generování fotonů světla. Životaschopné buňky se lyžují, aby se uvolnil ATP pro detekci, a přidají se činidla obsahující enzym luciferázu světlušek a substrát, aby se katalyzovala dvoustupňová reakce.

Prvním reakčním krokem je aktivace luciferinu pomocí ATP za vzniku luciferyl-adenylátu a pyrofosfátu. Ve druhém kroku luciferyl-adenylát reaguje s molekulárním kyslíkem za vzniku oxyluciferinu v elektronicky excitovaném stavu a CO2. Excitovaný oxyluciferin se poté vrací do základního stavu uvolněním zeleného až žlutého luminiscenčního světla (550–570 nm). Intenzita luminiscenčního signálu je detekována pomocí luminometru.

Pokud je limitující složkou reakce luciferázy ATP, je luminiscence úměrná koncentraci ATP. Vyšší luminiscenční signál indikuje vyšší hladiny ATP.

Lineární korelace luminiscence a koncentrace ATP

V počátečních testech ATP luciferázová reakce uvolnila krátký „záblesk“ světla, který trval jen několik sekund. Detekce tak krátkého signálu vyžadovala luminometr s automatickými dávkovacími schopnostmi, a to buď jednoramennou nebo vícejamkovou čtečku desek.

Aby se zlepšil experimentální pracovní tok a snížila variabilita výsledků testů, vědci z Promega odvodili stabilní formu rekombinantní luciferázy (Ultra-Glo ™ rLuciferase), která není ovlivněna silnými detergenty používanými pro lyžování buněk a může koexistovat s inhibitory ATPázy, které stabilizují Jednou uvolněný ATP z lyžovaných buněk. Vylepšená stabilita a flexibilita Ultra-Glo ™ rLuciferase umožnila vývoj testů ATP s luminiscenčním signálem, který „svítí“ až několik hodin ve srovnání s historickými „bleskovými“ testy, které trvají jen několik sekund.

Zkoušky ATP typu záře nabízejí výzkumníkům flexibilnější pracovní postup, což umožňuje v experimentu vyhodnotit podstatně větší počet vzorků a pro žádné kroky protokolu nevyžadují automatické dávkovače.


Fosforylace

Připomeňme si, že v některých chemických reakcích se enzymy mohou vázat na několik substrátů, které na enzymu navzájem reagují, a tvoří meziproduktový komplex. Meziproduktový komplex je dočasná struktura a umožňuje jednomu ze substrátů (jako je ATP) a reaktantů, aby na sebe navzájem rychleji reagovaly v reakcích zahrnujících ATP, ATP je jedním ze substrátů a ADP je produktem. Během endergonické chemické reakce vytváří ATP meziproduktový komplex se substrátem a enzymem v reakci. Tento intermediální komplex umožňuje ATP přenášet svou třetí fosfátovou skupinu se svou energií na substrát, což je proces nazývaný fosforylace. Fosforylace označuje přidání fosfátu (

P). To ilustruje následující obecná reakce:

A + enzym + ATP → [A - enzym -

P] → B + enzym + ADP + fosfátový ion

Když se intermediální komplex rozpadne, energie se použije k modifikaci substrátu a jeho přeměně na produkt reakce. Molekula ADP a volný fosfátový iont se uvolňují do média a jsou k dispozici pro recyklaci prostřednictvím buněčného metabolismu.

Obrázek 2. Při fosforylačních reakcích je gama fosfát ATP připojen k proteinu.


Tři fáze aerobního dýchání

Aerobní dýchání probíhá ve třech fázích – glykolýza, Krebsův cyklus a oxidační fosforylace (také nazývaný elektronový transportní řetězec). Konečným výsledkem těchto fází je ATP.

ATP je zkratka pro adenosin-5 ′-trifosfát, který se skládá ze: 3 fosfátových skupin, 5 uhlíkových cukrů (také nazývaných ribóza) a adeninu. Jedná se o multifunkční nukleotid nebo chemickou sloučeninu, která uvolňuje energii a pomáhá vykonávat důležité funkce v buňce.

Glykolýza

Proces glykolýzy (glyko znamená ‘cukr ’ a lýza znamená ‘breaking##8217 nebo ‘to split ’) probíhá v cytosolu nebo cytoplazmě buňky. Tento proces může probíhat bez kyslíku. Cílem tohoto procesu je rozložit glukózu a vytvořit ATP, NADH a pyruváty (pyruváty nebo kyselina pyrohroznová jsou konečným produktem glykolýzy, který lze převést na různé biomolekuly). Glykolýza využívá 2 molekuly ATP jako energii pro pohon celého tohoto procesu.

Chcete pro nás napsat? Hledáme dobré spisovatele, kteří chtějí šířit slovo. Kontaktujte nás a domluvíme se.

V této fázi je glukóza částečně oxidována. 1 molekula glukózy (C. 6 H 12 Ó 6 ) je rozdělena na dvě molekuly 3 uhlíkového cukru. K těmto molekulám uhlíkového cukru jsou přidány 2 NAD. Současně se ke každé 3 molekule uhlíku přidá také fosfátová skupina.

Tento proces glykolýzy tedy produkuje energii – 2 ATP (čisté) molekuly, 2 NADH (nikotinamidadenin dinukleotid) a 2 pyruváty. Každá molekula NADH nese 2 energetické elektrony. Buňky později tyto elektrony používají. Hlavním účelem elektronů NADH je transport elektronů do řetězce přenosu elektronů, aby z nich bylo získáno více energie.

Na konci glykolýzy tedy máme: Glukóza —- 2 pyruváty + 2 ATP (čisté) + 2 NADH

Krebsův cyklus

Toto je další fáze aerobního buněčného dýchání. Tento proces probíhá v mitochondriích buňky. S čistým ziskem 2 ATP pouze v předchozí fázi, tj. ‘glykolýze ’, existuje potřeba získat více energie. Hlavním cílem této fáze je tedy použití pyruvátů k produkci více ATP. V této fázi hraje kyslík zásadní roli. První proces má za cíl přeměnit pyruvát na chemickou formu, která mu pomůže vstoupit do další fáze.

Pyruvát vstupuje do mitochondrií, v této fázi také ztrácí atom uhlíku, který se uvolňuje jako oxid uhličitý.

NAD se po ztrátě atomu uhlíku redukuje na NADH.

Nyní se enzym zvaný CoA (enzym podílející se na metabolismu uhlíkových cukrů) spojuje se zbývajícími 2 molekulami uhlíku v pyruvátu.

Po této fúzi se vytvoří molekula zvaná acetyl-CoA (také známá jako aktivovaná forma kyseliny octové).

Nyní tato molekula vstupuje do cyklu kyseliny citrónové. 2 atomy uhlíku v acetyl-CoA se spojí se 4 dalšími atomy uhlíku, které jsou již v tomto cyklu přítomny. Máme tedy celkem 6 atomů uhlíku, 2 z acetyl-CoA a 4, které již byly přítomny. Těchto 6 atomů tvoří kyselinu citrónovou.

2 NAD (které byly vyrobeny z rozkladu glukózy při glykolýze), dále se sníží a vytvoří 2 NADH. Zde ztrácíme další 2 atomy uhlíku (ze 6 v kyselině citronové), který se také uvolňuje jako oxid uhličitý.

Nyní nastává proces nazývaný fosforylace na úrovni substrátu. K ADP se přidá fosforyl (PO3) nebo fosfát. Tím se převede ADP (adenosintifosfát) na ATP (adenosintrifosfát).

V dalším souboru chemických reakcí jsou zbývající 4 atomy uhlíku (ze 6 atomů 2 uvolněny jako oxid uhličitý) znovu syntetizovány. To vede k další NAD přítomné v cyklu k vytvoření NADH a FAD, které tvoří FADH2. Nyní máme 1 ATP, NADH a FADH2.

Každý CA (cyklus) používá 1 pyruvát ze 2 pyruvátů vytvořených během glykolýzy. To tedy znamená, že proběhnou 2 cykly CA pro rozdělení 2 pyruvátů.

Na konci tohoto cyklu máme celkem 4 ATP – 2 z glykolýzy a 2 z cyklu kyseliny citrónové nebo Krebsova cyklu.

Elektronový přepravní řetězec

Toto je konečná fáze aerobního buněčného dýchacího cyklu. Během glykolýzy a Krebsova cyklu se z glukózy neuvolní celá energie. V této fázi aerobního dýchání je zbývající energie z glukózy uvolňována elektronovým transportním řetězcem. Elektrony jsou postupně transportovány v dráze, která se označuje jako elektronový transportní řetězec.

Z Krebsova cyklu a glykolýzy máme celkem 4 ATP, 2NADH a 2FADH 2 . V tomto kroku 2 NADH a 2 FADH 2 pracují s enzymy a probíhá proces nazývaný oxidační redukce. Tady NADH a FADH 2 (v této fázi je můžeme nazvat dárci elektronů) přispívají svými elektrony k enzymům (akceptorům elektronů) (již přítomným v membráně buňky) elektrochemickým gradientem nebo cestou. Toto se nazývá systém přenosu elektronů.

Poté NADH a FADH 2 ztratí své elektrony a jsou redukovány na NAD a FAD. Ty se vracejí ke zpracování znovu do Krebsova cyklu nebo citrónového cyklu.

Elektrony ztrácejí část energie ve formě protonů (vodíkových iontů), které jsou čerpány v mezimembránovém prostoru vnějšího mitochondrií. To roztočí gradient protonů vzniklých uvolňováním vodíkových iontů v mezimembránovém prostoru. Právě tento gradient protonů pohání syntézu ATP.

Jak se to dělá? NADH a FADH, oba ztrácejí elektrony v mitochondrii, čímž snižují koncentraci energie (H+) v mitochondrii. Ve vnějším prostoru membrány nebo mezimembránového prostoru probíhá neustálá tvorba protonů (vodíkových iontů). To vytváří vysokou koncentraci H+ (protonů) v mezimembránovém prostoru.

Tento stav vysokých a nízkých energií v buňce má velmi vysoký potenciál produkce energie. To jim umožňuje cestovat z vysokého energetického gradientu (vnější membrána) do nízkoenergetického gradientu, což je mitochondrie. V tomto procesu procházejí ATP syntázou.

ATP syntáza (také nazývaná částice F1) využívá tuto potenciální energii protonů a probíhá proces nazývaný oxidační fosforylace. To pomáhá převodu ADP na ATP, což se nazývá chemiosmóza.

Kyslík hraje hlavní roli v aerobním buněčném dýchání, protože je skvělým akceptorem elektronů. Hraje aktivní roli v prevenci hromadění elektronů v elektronovém transportním systému. Kyslík čerpá elektrony z posledního stupně elektronového transportního systému. Elektrony se tedy spojují s protony a tvoří vodík. To se dále kombinuje s kyslíkem, který produkuje vodu (H. 2 Ó).

Každé 2 elektrony darované NADH procházející F1 (ATP syntáza) vytvoří 1 molekulu ATP. Proto každý NADH, který projde 6 elektronů v elektronovém transportním řetězci, nám poskytne 3 ATP.

Podobně FADH 2 daruje 4 elektrony v řetězci přenosu elektronů. Je to proto, FADH 2 vstupuje do systému přenosu elektronů později nebo poté, co NADH daruje elektrony. Generuje tedy méně energie. Ze 4 elektronů, které daruje, se vytvoří 2 ATP.

Maximální počet ATP je generován řetězcem transportu elektronů prostřednictvím chemiosmózy (tj. Proces pomocí ATP syntázy). Poskytuje buňkám celkem 32 – 34 ATP.

Zde stojí za zmínku, že zatímco glykolýza probíhá v cytoplazmě buňky, Krebsův cyklus a transport elektronů probíhá v mitochondriích buňky. Také kyslík je nejdůležitější složkou aerobního buněčného dýchání. Bez kyslíku budou elektrony stagnovat v řetězci transportu elektronů, čímž se zastaví produkce ATP. Buňka nakonec zemře a organismus také! Aerobní dýchání je tedy životně důležitým procesem pro fungování buněk a život organismu.

Související příspěvky

Existují dva hlavní typy dýchání: aerobní a anaerobní. Tento článek vám umožní dobře porozumět těmto dvěma procesům a také uvést hlavní rozdíly mezi nimi.

Pokud vás zajímá, jak probíhá mechanismus dělení buněk uvnitř lidského těla, podívejte se na následující článek. Proces mitózy a její fáze & hellip


Podívejte se na video: Proteosyntéza: od DNA k proteinu NEZkreslená věda II (Listopad 2021).