Informatie

ATP vereist voor celprocessen


Ik heb niets kunnen vinden dat me vertelt hoeveel ATP nodig is voor DNA-replicatie, transcriptie en translatie bij mensen, alleen documenten waarin wordt vermeld dat ATP in die processen wordt gebruikt.

Ik moet weten hoeveel ATP nodig is voor deze processen, want zodra mijn cel helemaal opnieuw leeft, voed ik elke cel 50 nanogram glucose, wat 5 biljoen ATP oplevert. Als ik deze getallen plus de getallen voor andere metabolische processen gebruik, krijg ik ongeveer de hoeveelheid ATP die per cel nodig is vóór mitose. Als ik dit weet, weet ik of ik mijn cellen meer glucose moet geven of dat 50 nanogram voldoende is.

Dus hoeveel ATP is er nodig voor DNA-replicatie, transcriptie en translatie? Ik wil het in termen van per nucleotide en per aminozuur, zodat ik dat kan vermenigvuldigen met de totale hoeveelheid DNA, de hoeveelheid DNA in een bepaald gen en de hoeveelheid aminozuren in een bepaald eiwit.


Voor DNA-replicatie en transcriptie heb je NTP's nodig. In een dsDNA zal het purinegehalte hetzelfde zijn als het pyrimidinegehalte. Ik overweeg dat alle nucleotiden worden gesynthetiseerd de novo die meer ATP zou verbruiken dan het krijgen van nucleotiden uit de bergingsroute.


Fig 1: Pyrimidinesynthese. Genomen van Wikipedia.


Fig 2: Purinesynthese. Genomen van Wikipedia.


CTP-synthese vereist één extra ATP:

UTP + Glutamine + ATP + H2O → CTP + ADP + Pl

UTP-synthese vereist 2 (Stap 1; Fig 1) + 1 (Stap 5; Fig 1: PRPP vereist 1 ATP om te vormen) +
2 (UMP → UTP) = 5 ATP's

CTP vereist 6 ATP's

GTP vereist 8 ATP's (Fig 2) (ATP-synthese zou ook 8 ATP's vereisen, maar laten we voor de eenvoud aannemen dat ATP al aanwezig is).

Omzetting van dNTP van NTP vereist thioredoxine dat op zijn beurt NADP vereist, maar laten we dat vergeten.

Uitgaande van een GC-gehalte van 50% zou één basenpaar DNA nodig hebben in gemiddeld 10 ATP's (neem een ​​rek van 4nt - ACTG, dan zou dit 1+6+5+8 ATP's vereisen; d.w.z. 5 ATP's per nt; 10 ATP per bp)

Voor RNA zou het ATP-verbruik 5 ATP's per nt zijn.

Voor eiwitsynthese vereist de verlengingsfactor voor elk codon één molecuul GTP en aminoacyl-tRNA-synthetase vereist 1 molecuul ATP. Het netto verbruik per aminozuur zou dus 9 ATP's zijn.

Ik negeer de initiatiereactie die ook ATP nodig heeft om de initiatiefactor te fosforyleren. Ook neem ik aan dat aminozuren uit de voeding worden gehaald en niet door het organisme worden gesynthetiseerd.


Energie voor biologische processen - ATP, fotosynthese en ademhaling

Alle organismen hebben energie nodig. Het leven hangt af van de overdracht van energie. ATP is een belangrijke energiebron voor biologische processen. Energie wordt overgedragen van moleculen zoals glucose, naar een tussenliggende energiebron, ATP.

ATP is een reservoir van potentiële chemische energie en fungeert als een algemeen intermediair in het metabolisme, waarbij energie-eisende en energie-opwekkende reacties met elkaar worden verbonden. Biologen van een bepaald niveau moeten de structuur van ATP, het gebruik en de rol ervan in biologische processen kennen.

Bij fotosynthese wordt energie overgedragen naar ATP in het lichtafhankelijke stadium en het ATP wordt gebruikt tijdens synthese in het lichtonafhankelijke stadium. De studenten moeten het chemische proces van fotosynthese in detail kennen. Dit onderwerp is vaak een grote uitdaging voor studenten en ze kunnen gemakkelijk in de war raken, door simpele fouten te maken, zoals pigmenten die licht absorberen in plaats van lichtenergie te absorberen.

Bij cellulaire ademhaling vindt glycolyse plaats in het cytoplasma en de overige stappen in de mitochondriën. ATP-synthese is geassocieerd met de elektronenoverdrachtketen in de membranen van mitochondriën. Studenten moeten het proces van glycolyse kunnen uitleggen, met de resulterende productie van ATP en verminderd NAD. Vervolgens moeten ze de resterende stappen kunnen beschrijven en verklaren, in termen van de schakelreactie, de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen.

Hoewel deze lijst een bron van informatie en ideeën biedt voor experimenteel werk, is het belangrijk op te merken dat aanbevelingen zeer snel kunnen dateren. Volg GEEN suggesties die in strijd zijn met het huidige advies van CLEAPSS, SSERC of andere recente veiligheidsgidsen. eLibrary-gebruikers zijn ervoor verantwoordelijk dat elke activiteit, inclusief praktisch werk, die ze uitvoeren, in overeenstemming is met de huidige regelgeving met betrekking tot gezondheid en veiligheid en dat ze een passende risicobeoordeling uitvoeren. Meer informatie vindt u in onze richtlijnen voor gezondheid en veiligheid.


De verbazingwekkende energiecyclus: ATP-ADP

Adenosine trifosfaat, ook bekend als ATP, bevat opgeslagen energie. Een enkel molecuul ATP bevat tien koolstofatomen, zestien waterstof-, vijf stikstof-, dertien zuurstof- en drie fosforatomen. De verkorte formule is C10H16N5O13P3. Merk in het diagram op dat er drie fosfaatgroepen zijn verbonden aan een conglomeraat dat we adenosine noemen. De laatste twee bindingen op de fosfaatgroepen bevatten vooral veel energie en zijn daarom erg handig voor het doen van werk in levende cellen.

Om te profiteren van de hoge energiebindingen in ATP, bevinden zich in veel cellen een stof genaamd ATPase. Dit is echt een ATP-splitter. Het snijdt de laatste fosfaatgroep van het ATP-molecuul af en verandert het in adenosine difosfaat. (Let op: het voorvoegsel "di-" betekent "twee".) Bij deze splitsing komt veel energie vrij en wordt in de cel gebruikt om werk te doen, dingen te verplaatsen en dingen op te bouwen.

Wanneer koolhydraten en andere voedingsmiddelen door het lichaam worden geconsumeerd, bevatten ze ook energie. Wanneer ze worden afgebroken, komt de energie vrij en in veel gevallen wordt de energie gebruikt om het fosfaatmolecuul opnieuw aan het ADP te bevestigen, waardoor het weer in ATP wordt omgezet. Dan begint de cyclus van het verbreken van bindingen en het maken van bindingen helemaal opnieuw, waarbij afwisselend energie wordt vrijgegeven en opgeslagen, indien nodig. Een handige manier om de cyclus te onthouden is ATP = ADP + P + Energie 1 !

Het optellen en aftrekken van een fosfaat aan ADP is een stofwisselingsproces. Metabolische processen kunnen worden onderverdeeld in twee fasen katabolisme is het proces van afbraak (het afbreken van voedsel om ATP te maken), en anabolisme is het proces van opbouw (gebruikmakend van de energie die wordt gecreëerd bij het omzetten van ATP in ADP om cellen op te bouwen of moleculen door de cel te verplaatsen). De ATP - ADP cyclus komt voor bij planten (bij fotosynthese) en dieren.


Wat is een actief transportproces?

Wil je voor ons schrijven? Nou, we zijn op zoek naar goede schrijvers die het woord willen verspreiden. Neem contact met ons op, dan praten we verder.

Dus, hoe vindt het proces van actief transport plaats? Wanneer een stof actief van en naar een cel moet worden getransporteerd, zijn er gespecialiseerde transmembraaneiwitten die de stof herkennen en toegang geven tot het membraan wanneer dat anders niet zou gebeuren. Dit gebeurt omdat het er een is waarvoor de lipidedubbellaag van het membraan ondoordringbaar is of omdat het tegen de richting van de concentratiegradiënt in wordt bewogen. In het laatste geval, bekend als primair actief transport, zijn over het algemeen eiwitten betrokken als pompen en wordt de chemische energie van ATP gebruikt. De andere gevallen, die gewoonlijk hun energie ontlenen aan de exploitatie van een elektrochemische gradiënt, staan ​​bekend als secundair actief transport en omvatten eiwitten die scheiden om kanalen of poriën door het celmembraan te vormen om de doorgang van stoffen erdoorheen mogelijk te maken.

Soms transporteert het systeem een ​​stof in de ene richting, terwijl het tegelijkertijd een andere stof in de andere richting co-transporteert. Dit staat bekend als “antiport”. '8220Symport'8221 is de naam die wordt gegeven aan een transportproces waarbij twee substraten gelijktijdig in dezelfde richting over het membraan worden getransporteerd. Antiport en symport zijn geassocieerd met secundair actief transport, d.w.z. een van de twee stoffen wordt getransporteerd in de richting van hun concentratiegradiënt, gebruikmakend van de energie die is afgeleid van het transport van de tweede stof, meestal een proton, langs zijn concentratiegradiënt.

Deeltjes die bewegen van gebieden met een lage concentratie naar gebieden met een hoge concentratie, d.w.z. in de tegenovergestelde richting als die van de concentratiegradiënt, vereisen de aanwezigheid van specifieke transmembraan dragereiwitten. Deze eiwitten hebben receptoren die zich binden aan specifieke moleculen, zoals glucose, en deze zo de cel in transporteren. Omdat er energie nodig is om dit proces te laten plaatsvinden, staat het bekend als actief transport. Voorbeelden van actief transport zijn het transport van natrium uit de cel en kalium naar de cel, dat wordt uitgevoerd door de natrium-kaliumpomp.

Actief transport is een zeer belangrijk proces, omdat het door de cellen wordt vereist om hun normale staat van homeostase te behouden. Dit proces vindt vaak plaats in de binnenwand van de dunne darm. In planten is het nodig om minerale zouten uit de bodem op te nemen, maar deze zouten komen in een minimale concentratie voor. Actief transport stelt deze cellen in staat om zouten uit deze verdunde concentratie op te nemen tegen de richting van de concentratiegradiënt in.

Gerelateerde berichten

Net als mensen hebben cellen hun dagelijkse portie voedsel nodig. Ze doen het via het fagocytoseproces. Dit BiologyWise-artikel legt dit belangrijke proces van celbiologie uit met zijn&hellip

Celdifferentiatie is het meest voorkomende proces in alle groeiende organismen en begint zodra het vrouwelijke ei is bevrucht. Dus, wat maakt het zo belangrijk?&hellip

Meiose is een celdelingsproces dat in twee fasen plaatsvindt, wat resulteert in de vorming van vier haploïde gameten. De twee stadia van meiose zijn meiose I en meiose II.&hellip


Voor studenten en docenten

Alleen voor docenten

DUURZAAM BEGRIP
ENE-2
Cellen hebben membranen waarmee ze interne omgevingen kunnen creëren en onderhouden die verschillen van hun externe omgevingen.

LEERDOEL
ENE-2.J
Beschrijf de processen waardoor ionen en andere moleculen door membranen kunnen bewegen.

ESSENTILE KENNIS
ENE-2.J.1
Een verscheidenheid aan processen maakt de beweging van ionen en andere moleculen door membranen mogelijk, waaronder passief en actief transport, endocytose en exocytose.


4.4 ATP: adenosinetrifosfaat

Bijna alle chemische reacties in menselijke cellen vereisen energie. Waar komt binnen de cel de energie vandaan om zulke reacties aan te drijven? Het antwoord ligt bij een energieleverend molecuul dat wetenschappers noemen: adenosine trifosfaat , of ATP . Dit is een klein, relatief eenvoudig molecuul ( Figuur 1 ), maar binnen sommige van zijn bindingen bevat het het potentieel voor een snelle uitbarsting van energie die kan worden aangewend om cellulair werk uit te voeren. Zie dit molecuul als de primaire energievaluta van de cellen, net zoals geld de valuta is die mensen inwisselen voor dingen die ze nodig hebben. ATP drijft de meeste energievergende cellulaire reacties aan.

Figuur 1. ATP is de primaire energievaluta van de cel. Het heeft een adenosineruggengraat waaraan drie fosfaatgroepen zijn bevestigd.

Zoals de naam al doet vermoeden, bestaat adenosinetrifosfaat uit adenosine gebonden aan drie fosfaatgroepen (Figuur 1). Adenosine is een nucleoside dat bestaat uit de stikstofbase adenine en een suiker met vijf koolstofatomen, ribose. De drie fosfaatgroepen, in volgorde van het dichtst bij het verst verwijderd van de ribosesuiker, zijn alfa, bèta en gamma. Samen vormen deze chemische groepen een energiecentrale. Niet alle bindingen binnen dit molecuul bestaan ​​echter in een bijzonder hoge energietoestand. Beide bindingen die de fosfaten verbinden zijn even energierijke bindingen (fosfoanhydridebindingen) die, wanneer gebroken, voldoende energie vrijgeeft om een ​​verscheidenheid aan cellulaire reacties en processen aan te drijven. Deze hoogenergetische bindingen zijn de bindingen tussen de tweede en derde (of bèta- en gamma) fosfaatgroepen en tussen de eerste en tweede fosfaatgroepen. Deze bindingen zijn "high-energy" omdat de producten van een dergelijke bindingsverbreking - adenosinedifosfaat (ADP) en één anorganische fosfaatgroep (Pl)—hebben een aanzienlijk lagere vrije energie dan de reactanten: ATP en een watermolecuul. Omdat deze reactie plaatsvindt met behulp van een watermolecuul, is het een hydrolysereactie. Met andere woorden, ATP hydrolyseert in ADP in de volgende reactie:

ATP + H2O → ADP + Pi + vrije energie

Zoals de meeste chemische reacties is de hydrolyse van ATP naar ADP omkeerbaar. De omgekeerde reactie regenereert ATP uit ADP + Pl. Cellen zijn afhankelijk van ATP-regeneratie, net zoals mensen afhankelijk zijn van het regenereren van uitgegeven geld via een soort inkomen. Aangezien ATP-hydrolyse energie vrijgeeft, moet ATP-regeneratie een invoer van vrije energie vereisen. Deze vergelijking drukt ATP-vorming uit:

ADP + Pi + vrije energie → ATP + H2O

ATP is een zeer onstabiel molecuul. Tenzij het snel wordt gebruikt om werk uit te voeren, dissocieert ATP spontaan in ADP + P l , en de vrije energie die daarbij vrijkomt, gaat verloren als warmte. Cellen kunnen de energie die vrijkomt tijdens ATP-hydrolyse benutten door gebruik te maken van energiekoppeling, waarbij het proces van ATP-hydrolyse is gekoppeld aan andere processen in de cel. Een voorbeeld van energiekoppeling met behulp van ATP omvat een transmembraan-ionenpomp die uiterst belangrijk is voor de cellulaire functie. Deze natrium-kaliumpomp (Na+ /K+-pomp) drijft natrium de cel uit en kalium de cel in ( Figuur 2 ). Een groot percentage van de ATP van een cel drijft deze pomp aan, omdat cellulaire processen veel natrium in de cel brengen en kalium eruit. De pomp werkt constant om de cellulaire concentraties van natrium en kalium te stabiliseren. Om de pomp één cyclus te laten draaien (drie Na+-ionen exporteren en twee K+-ionen importeren), moet één ATP-molecuul hydrolyseren. Wanneer ATP hydrolyseert, drijft zijn gammafosfaat niet gewoon weg, maar wordt het daadwerkelijk overgebracht naar het pompeiwit. Wetenschappers noemen dit proces van een fosfaatgroep die zich bindt aan een molecuul fosforylering. Zoals bij de meeste gevallen van ATP-hydrolyse, gaat een fosfaat van ATP over op een ander molecuul. In een gefosforyleerde toestand heeft de Na+ /K+-pomp meer vrije energie en wordt hij getriggerd om een ​​conformatieverandering (een verandering in de vorm van het eiwit) te ondergaan. Deze verandering stelt hem in staat om Na+ af te geven aan de buitenkant van de cel. Het bindt dan extracellulair K+, dat, door een andere conformatieverandering, ervoor zorgt dat het fosfaat loskomt van de pomp. Deze fosfaatafgifte zorgt ervoor dat de K+ wordt afgegeven aan de binnenkant van de cel. In wezen koppelt de energie die vrijkomt bij de ATP-hydrolyse zich aan de energie die nodig is om de pomp aan te drijven en Na+- en K+-ionen te transporteren. ATP voert cellulair werk uit met behulp van deze basisvorm van energiekoppeling door fosforylering.

VISUELE VERBINDING Figuur 2. De natrium-kaliumpomp is een voorbeeld van energiekoppeling. De energie afkomstig van exergonische ATP-hydrolyse pompt natrium- en kaliumionen door het celmembraan.

Vaak moeten bepaalde moleculen tijdens cellulaire metabolische reacties, zoals de synthese en afbraak van voedingsstoffen, enigszins in hun conformatie veranderen om substraten te worden voor de volgende stap in de reactiereeks. Een voorbeeld is tijdens de allereerste stappen van cellulaire ademhaling, wanneer een suikerglucosemolecuul afbreekt tijdens het proces van glycolyse. In de eerste stap is ATP nodig om glucose te fosforyleren, waardoor een energierijk maar onstabiel tussenproduct ontstaat. Deze fosforyleringsreactie zorgt voor een conformationele verandering waardoor het gefosforyleerde glucosemolecuul kan worden omgezet in de gefosforyleerde suikerfructose. Fructose is een noodzakelijk tussenproduct om de glycolyse vooruit te helpen. Hier koppelt de exergonische reactie van ATP-hydrolyse zich aan de endergonische reactie van het omzetten van glucose in een gefosforyleerd tussenproduct in de route. Nogmaals, de energie die vrijkwam door het verbreken van een fosfaatbinding in ATP werd gebruikt voor het fosforyleren van een ander molecuul, waardoor een onstabiel tussenproduct werd gecreëerd en een belangrijke conformatieverandering mogelijk werd gemaakt.


Hoe werken bioluminescente ATP-assays?

Bioluminescente ATP-assays maken gebruik van de enzymatische reactie van vuurvliegluciferase, die ATP van levensvatbare cellen gebruikt om fotonen van licht te genereren. Levensvatbare cellen worden gelyseerd om het ATP vrij te maken voor detectie, en reagentia die vuurvliegluciferase-enzym en substraat bevatten, worden toegevoegd om een ​​tweestapsreactie te katalyseren.

De eerste reactiestap is luciferine-activering met ATP om een ​​luciferyl-adenylaat en pyrofosfaat te geven. In de tweede stap reageert het luciferyl-adenylaat met moleculaire zuurstof om oxyluciferine op te leveren in een elektronisch aangeslagen toestand en CO2. De aangeslagen toestand oxyluciferine keert vervolgens terug naar de grondtoestand met het vrijkomen van groen tot geel luminescent licht (550-570 nm). De intensiteit van het luminescentiesignaal wordt gedetecteerd met behulp van een luminometer.

Wanneer ATP de beperkende component is in de luciferasereactie, is de luminescentie evenredig met de ATP-concentratie. Een hoger luminescentiesignaal duidt op hogere ATP-niveaus.

Lineaire correlatie van luminescentie en ATP-concentratie

In vroege ATP-assays bracht de luciferasereactie een korte "flits" van licht vrij die slechts enkele seconden duurde. Detectie van zo'n kort signaal vereiste een luminometer met automatische afgiftemogelijkheden, ofwel een plaatlezer met één buis of met meerdere putjes.

Om de experimentele workflow te verbeteren en de variabiliteit van testresultaten te verminderen, hebben wetenschappers van Promega een stabiele vorm van recombinant luciferase (Ultra-Glo™ rLuciferase) afgeleid die niet wordt beïnvloed door sterke detergentia die worden gebruikt voor het lyseren van cellen en die naast ATPase-remmers kan bestaan, die stabiliseren. ATP eenmaal vrijgegeven uit gelyseerde cellen. De verbeterde stabiliteit en flexibiliteit van Ultra-Glo™ rLuciferase maakte de ontwikkeling mogelijk van ATP-assays met een lichtgevend signaal dat tot uren 'gloeit' in vergelijking met de historische 'flash'-assays die slechts enkele seconden duren.

Glow-type ATP-assays bieden onderzoekers een flexibelere workflow, waardoor een aanzienlijk groter aantal monsters in een experiment kan worden beoordeeld, en vereisen geen automatische dispensers voor protocolstappen.


Hoe werken bioluminescente ATP-assays?

Bioluminescente ATP-assays maken gebruik van de enzymatische reactie van vuurvliegluciferase, die ATP van levensvatbare cellen gebruikt om fotonen van licht te genereren. Levensvatbare cellen worden gelyseerd om het ATP vrij te maken voor detectie, en reagentia die vuurvliegluciferase-enzym en substraat bevatten, worden toegevoegd om een ​​tweestapsreactie te katalyseren.

De eerste reactiestap is luciferine-activering met ATP om een ​​luciferyl-adenylaat en pyrofosfaat te geven. In de tweede stap reageert het luciferyl-adenylaat met moleculaire zuurstof om oxyluciferine op te leveren in een elektronisch aangeslagen toestand en CO2. De aangeslagen toestand oxyluciferine keert vervolgens terug naar de grondtoestand met het vrijkomen van groen tot geel luminescent licht (550-570 nm). De intensiteit van het luminescentiesignaal wordt gedetecteerd met behulp van een luminometer.

Wanneer ATP de beperkende component is in de luciferasereactie, is de luminescentie evenredig met de ATP-concentratie. Een hoger luminescentiesignaal duidt op hogere ATP-niveaus.

Lineaire correlatie van luminescentie en ATP-concentratie

In vroege ATP-assays bracht de luciferasereactie een korte "flits" van licht vrij die slechts enkele seconden duurde. Detectie van zo'n kort signaal vereiste een luminometer met automatische afgiftemogelijkheden, ofwel een plaatlezer met één buis of met meerdere putjes.

Om de experimentele workflow te verbeteren en de variabiliteit van testresultaten te verminderen, hebben wetenschappers van Promega een stabiele vorm van recombinant luciferase (Ultra-Glo™ rLuciferase) afgeleid die niet wordt beïnvloed door sterke detergentia die worden gebruikt voor het lyseren van cellen en die naast ATPase-remmers kan bestaan, die stabiliseren. ATP eenmaal vrijgegeven uit gelyseerde cellen. De verbeterde stabiliteit en flexibiliteit van Ultra-Glo™ rLuciferase maakte de ontwikkeling mogelijk van ATP-assays met een lichtgevend signaal dat tot uren 'gloeit' in vergelijking met de historische 'flash'-assays die slechts enkele seconden duren.

Glow-type ATP-assays bieden onderzoekers een flexibelere workflow, waardoor een aanzienlijk groter aantal monsters in een experiment kan worden beoordeeld, en vereisen geen automatische dispensers voor protocolstappen.


Fosforylering

Bedenk dat bij sommige chemische reacties enzymen kunnen binden aan verschillende substraten die met elkaar reageren op het enzym en een intermediair complex vormen. Een intermediair complex is een tijdelijke structuur en zorgt ervoor dat een van de substraten (zoals ATP) en reactanten gemakkelijker met elkaar kunnen reageren in reacties waarbij ATP betrokken is, ATP is een van de substraten en ADP is een product. Tijdens een endergonische chemische reactie vormt ATP een intermediair complex met het substraat en het enzym in de reactie. Dit intermediaire complex stelt de ATP in staat zijn derde fosfaatgroep, met zijn energie, naar het substraat over te dragen, een proces dat fosforylering wordt genoemd. Fosforylering verwijst naar de toevoeging van het fosfaat (

P). Dit wordt geïllustreerd door de volgende algemene reactie:

A + enzym + ATP → [A − enzym −

P] → B + enzym + ADP + fosfaation

Wanneer het intermediaire complex uit elkaar valt, wordt de energie gebruikt om het substraat te modificeren en om te zetten in een reactieproduct. Het ADP-molecuul en een vrij fosfaation komen vrij in het medium en zijn beschikbaar voor recycling via celmetabolisme.

Figuur 2. Bij fosforyleringsreacties zit het gammafosfaat van ATP vast aan een eiwit.


Drie stadia van aerobe ademhaling

Aërobe ademhaling vindt plaats in drie fasen: glycolyse, Krebs-cyclus en oxidatieve fosforylering (ook wel elektronentransportketen genoemd). Het eindresultaat van deze fasen is ATP.

ATP is een afkorting voor Adenosine-5'8242-trifosfaat, samengesteld uit: 3 fosfaatgroepen, 5 koolstofsuikers (ook wel ribose genoemd) en Adenine. Het is een multifunctioneel nucleotide of een chemische verbinding die energie afgeeft om belangrijke functies in een cel te vervullen.

Glycolyse

Het proces van glycolyse (glyco betekent ‘suiker'8217 en lysis betekent ‘breken'8217 of ‘te splitsen’) vindt plaats in het cytosol of cytoplasma van een cel. Dit proces kan plaatsvinden zonder zuurstof. Het doel in dit proces is om glucose af te breken en ATP, NADH en pyruvaten te vormen (pyruvaten of pyrodruivenzuur is het eindproduct van glycolyse, dat kan worden omgezet in verschillende biomoleculen). Glycolyse gebruikt 2 ATP-moleculen als energie voor het voeden van dit hele proces.

Wil je voor ons schrijven? Nou, we zijn op zoek naar goede schrijvers die het woord willen verspreiden. Neem contact met ons op, dan praten we verder.

In deze fase wordt glucose gedeeltelijk geoxideerd. 1 molecuul glucose (C 6 H 12 O 6 ) wordt afgebroken tot twee moleculen van suiker met 3 koolstofatomen. 2 NAD worden aan deze koolstofsuikermoleculen toegevoegd. Tegelijkertijd wordt aan elk 3 koolstofmolecuul ook een fosfaatgroep toegevoegd.

Dus dit proces van glycolyse produceert energie - 2 ATP (netto) moleculen, 2 NADH (nicotinamide-adenine-dinucleotide) en 2 pyruvaten. Elk NADH-molecuul draagt ​​2 energie-elektronen. De cellen gebruiken deze elektronen later. Het belangrijkste doel van NADH-elektronen is om elektronen naar de elektronenoverdrachtsketen te transporteren, zodat er meer energie uit kan worden geoogst.

Daarom hebben we aan het einde van de glycolyse: Glucose —- 2 pyruvaten + 2 ATP (netto) + 2 NADH

Citroenzuurcyclus

Dit is de volgende fase van aërobe cellulaire ademhaling. Dit proces vindt plaats in de mitochondriën van een cel. Met een netto winst van 2 ATP alleen in de vorige fase, dat wil zeggen '8216glycolyse'8217, is er de behoefte om meer energie te oogsten. Daarom is het belangrijkste doel van deze fase om de pyruvaten te gebruiken om meer ATP te produceren. In deze fase speelt zuurstof een cruciale rol. Het eerste proces is gericht op het omzetten van pyruvaat in een chemische vorm die het zal helpen de volgende fase in te gaan.

Pyruvaat komt het mitochondrion binnen, in dit stadium verliest het ook een koolstofatoom, dat vrijkomt als koolstofdioxide.

NAD wordt gereduceerd tot NADH, na verlies van een koolstofatoom.

Nu voegt een enzym genaamd CoA (een enzym dat betrokken is bij het metabolisme van koolstofsuikers) de resterende 2 koolstofmoleculen in pyruvaat samen.

Na deze fusie wordt een molecuul gevormd dat acetyl-CoA wordt genoemd (ook bekend als de geactiveerde vorm van azijnzuur).

Nu komt dit molecuul in de citroenzuurcyclus. De 2 koolstofatomen in acetyl-CoA combineren met nog 4 koolstofatomen, die al in deze cyclus aanwezig zijn. We hebben dus in totaal 6 koolstofatomen, 2 van acetyl-CoA en 4 die al aanwezig waren. Deze 6 atomen vormen citroenzuur.

2 NAD (die werden geproduceerd door het afbreken van glucose in glycolyse), worden verder verlaagd en vormen 2 NADH. Hier verliezen we nog 2 koolstofatomen (van de 6 in citroenzuur), die ook vrijkomt als koolstofdioxide.

Nu vindt een proces plaats dat fosforylering op substraatniveau wordt genoemd. Fosforyl (PO3) of fosfaat wordt toegevoegd aan ADP. Dit zet ADP (adenosinedifosfaat) om in ATP (adenosinetrifosfaat).

In de volgende reeks chemische reacties worden de resterende 4 koolstofatomen (van de 6 atomen werden er 2 vrijgegeven als koolstofdioxide) opnieuw gesynthetiseerd. Dit leidt tot een andere NAD die in de cyclus aanwezig is om NADH en FAD te vormen, die FADH . vormen2. We hebben nu 1 ATP, NADH en FADH2.

Elke CA (cyclus) gebruikt 1 pyruvaat van de 2 pyruvaten die tijdens de glycolyse worden gevormd. Dit betekent dus dat er 2 CA-cycli plaatsvinden voor een afbraak van 2 pyruvaten.

Aan het einde van deze cyclus hebben we in totaal 4 ATP -8211 2 uit glycolyse en 2 uit de citroenzuurcyclus of Krebs-cyclus.

Elektronen transportketen

Dit is de laatste fase van de aerobe cellulaire ademhalingscyclus. Tijdens glycolyse en de Krebs-cyclus komt niet de volledige energie vrij uit de glucose. In dit stadium van aërobe ademhaling wordt de resterende energie van de glucose vrijgegeven door de elektronentransportketen. De elektronen worden stapsgewijs getransporteerd in een pad, dat de elektronentransportketen wordt genoemd.

Van de Krebs-cyclus en glycolyse hebben we in totaal 4 ATP, 2NADH en 2FADH 2 . In deze stap worden de 2 NADH en 2 FADH 2 werken met de enzymen en er vindt een proces plaats dat oxidatiereductie wordt genoemd. Hier, NADH en FADH 2 (we kunnen ze in dit stadium elektronendonoren noemen) dragen hun elektronen bij aan de enzymen (elektronenacceptoren) (reeds aanwezig in het membraan van een cel) via een elektrochemische gradiënt of pad. Dit wordt het elektronentransportsysteem genoemd.

Hierna zijn de NADH en FADH 2 verliezen hun elektronen en worden gereduceerd tot NAD en FAD. Deze keren voor verwerking weer terug naar de Krebs-cyclus of citroencyclus.

De elektronen verliezen een deel van hun energie als protonen (waterstofionen), die in de tussenmembraanruimte van het buitenste mitochondrion worden gepompt. Dit draait een gradiënt van protonen gevormd door het vrijkomen van waterstofionen in de intermembraanruimte. Het is deze gradiënt van protonen die de synthese van ATP voedt.

Hoe wordt dit gedaan? Welnu, NADH en FADH verliezen beide elektronen in het mitochondrion, waardoor de energieconcentratie (H+) in het mitochondrion wordt verlaagd. In het buitenste compartiment van het membraan of de intermembraanruimte vindt een constante vorming van protonen (waterstofionen) plaats. Dit zorgt voor een hoge concentratie H+ (protonen) in de intermembraanruimte.

Deze toestand van hoge en lage energieën in de cel heeft een zeer hoog potentieel om energie te produceren. Hierdoor kunnen ze reizen van de hoge energiegradiënt (buitenmembraan) naar de lage energiegradiënt, het mitochondrion. In dit proces passeren ze het ATP-synthase.

ATP-synthase (ook wel F1-deeltje genoemd) maakt gebruik van deze potentiële energie van de protonen en er vindt een proces plaats dat oxidatieve fosforylering wordt genoemd. Dit helpt bij de omzetting van ADP naar ATP, wat chemiosmosis wordt genoemd.

Zuurstof speelt een belangrijke rol bij aërobe cellulaire ademhaling, omdat het een geweldige elektronenacceptor is. Het speelt een actieve rol bij het voorkomen dat de elektronen zich ophopen in het elektronentransportsysteem. Zuurstof trekt de elektronen uit de laatste fase van het elektronentransportsysteem. Dus de elektronen combineren met de protonen en vormen waterstof. Dit combineert verder met zuurstof die water produceert (H 2 O).

Elke 2 door NADH gedoneerde elektronen die door F1 (ATP-synthase) gaan, creëren 1 molecuul ATP. Daarom geeft elke NADH die 6 elektronen in de elektronentransportketen passeert, ons 3 ATP.

Evenzo, FADH 2 doneert 4 elektronen in de elektronentransportketen. Dit komt omdat, FADH 2 komt later in het elektronentransportsysteem dan of nadat NADH elektronen afstaat. Het wekt dus minder energie op. Van de 4 elektronen die het afstaat, wordt 2 ATP geproduceerd.

Het maximale aantal ATP wordt gegenereerd door de elektronentransportketen via chemiosmosis (d.w.z. het proces door ATP-synthase). Het geeft de cellen in totaal 32 – 34 ATP.

Een vermeldenswaardig punt is dat, terwijl glycolyse plaatsvindt in het cytoplasma van een cel, de Krebs-cyclus en elektronentransport plaatsvindt in de mitochondriën van een cel. Ook is zuurstof het belangrijkste onderdeel van aërobe cellulaire ademhaling. Zonder zuurstof blijven de elektronen in de elektronentransportketen stagneren, waardoor de aanmaak van ATP stopt. Uiteindelijk zal de cel sterven, en het organisme ook! Daarom is aërobe ademhaling een essentieel proces voor het functioneren van cellen en het leven van een organisme.

Gerelateerde berichten

Er zijn twee hoofdtypen ademhaling: aëroob en anaëroob. Dit artikel geeft u een goed begrip van deze twee processen en vermeldt ook de belangrijkste verschillen tussen beide.

Als je graag wilt weten hoe het mechanisme van celdeling in het menselijk lichaam plaatsvindt, raadpleeg dan het volgende artikel. Het proces van mitose en zijn stadia & hellip


Bekijk de video: Electron Transport Chain Oxidative Phosphorylation (Januari- 2022).