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ATP （アデノシン三リン酸）は、生細胞全体に見られる有機分子です。生物は移動し、繁殖し、栄養を見つけられる必要があります。
これらの活動はエネルギーを必要とし、 化学反応 生物を構成する細胞の内部。これらの細胞反応のエネルギーは、ATP分子に由来します。
ほとんどの生物にとって好ましい燃料源であり、しばしば「分子の通貨単位」と呼ばれます。
ATPの構造
ATP分子には3つの部分があります。
エネルギーは、リン酸基間のリンクに保存されます。酵素はリン酸基の1つまたは2つを切り離し、蓄積されたエネルギーを解放し、筋肉の収縮などの活動を促進します。 ATPが1つのリン酸基を失うと、 ADP またはアデノシン二リン酸。 ATPが2つのリン酸基を失うと、 AMP またはアデノシン一リン酸。
細胞呼吸がATPを生成する方法
細胞レベルでの呼吸プロセスには3つの段階があります。
最初の2つのフェーズでは、グルコース分子が分解され、CO2が生成されます。この時点で少数のATP分子が合成されます。 ATPの大部分は、呼吸の第3フェーズ中にタンパク質複合体を介して作成されます ATPシンターゼ.
その段階での最終反応は、酸素の半分子と水素を結合して水を生成します。各フェーズの詳細な反応は次のとおりです。
解糖
6炭素のグルコース分子は、2つのATP分子から2つのリン酸基を受け取り、ADPに変換します。 6炭素のグルコースリン酸は、それぞれリン酸基が結合した2つの3炭素糖分子に分解されます。
コエンザイムNAD +の作用により、糖リン酸分子は3炭素ピルビン酸分子になります。 NAD +分子は NADH、 ATP分子はADPから合成されます。
クレブスサイクル
クレブスサイクルは クエン酸回路、 そして、より多くのATP分子を生成しながら、グルコース分子の分解を完了します。各ピルビン酸基について、NAD +の1分子が酸化されてNADHになり、補酵素Aは二酸化炭素分子を放出しながらクレブス回路にアセチル基を送達します。
クエン酸とその誘導体を通るサイクルの各ターンで、サイクルは各ピルビン酸入力に対して4つのNADH分子を生成します。同時に、FAD分子は2つの水素と2つの電子を受け取り、 FADH2、 さらに2つの二酸化炭素分子が放出されます。
最後に、1サイクルあたり1つのATP分子が生成されます。
各グルコース分子は2つのピルビン酸入力グループを生成するため、1つのグルコース分子を代謝するには、クレブス回路の2回転が必要です。これらの2つのターンは、8つのNADH分子、2つのFADH2分子、および6つの二酸化炭素分子を生成します。
電子輸送チェーン
細胞呼吸の最終段階は、電子伝達チェーンまたは 等。 この段階では、酸素とクレブス回路によって生成された酵素を使用して、次のプロセスで多数のATP分子を合成します。 酸化的リン酸化。 NADHとFADH2は最初にチェーンに電子を提供し、一連の反応が潜在的なエネルギーを蓄積してATP分子を作成します。
まず、NADH分子は、鎖の最初のタンパク質複合体に電子を供与するため、NAD +になります。 FADH2分子は、鎖の2番目のタンパク質複合体に電子と水素を提供し、FADになります。 NAD +およびFAD分子は、入力としてクレブス回路に戻されます。
電子が一連の還元と酸化で連鎖を下って移動する、または 酸化還元 反応、解放されたエネルギーは、膜を介してタンパク質を送り出すために使用されます 原核生物 またはのためにミトコンドリアで 真核生物.
プロトンがATPシンターゼと呼ばれるタンパク質複合体を介して膜を横切って拡散すると、プロトンエネルギーを使用してADPに追加のリン酸基が結合し、ATP分子が作成されます。
細胞呼吸の各段階でどのくらいのATPが生成されますか？
ATPは細胞呼吸の各段階で生成されますが、最初の2つの段階は、ATP生成の大部分が行われる第3段階の使用のための物質の合成に焦点を当てています。
解糖は、最初にグルコース分子の分裂に2分子のATPを使いますが、 2の純利益。生成されたクレブスサイクル さらに2つのATP分子 使用される各グルコース分子に対して。最後に、ETCは前の段階の電子供与体を使用して、 ATPの34分子.
したがって、細胞呼吸の化学反応は、合計の 38個のATP分子 解糖に入る各グルコース分子について。
一部の生物では、ATPの2つの分子を使用して、NADHを細胞内の解糖反応からミトコンドリアに移動させます。これらの細胞の総ATP生産は36 ATP分子です。
細胞にATPが必要な理由
一般に、細胞はエネルギーのためにATPを必要としますが、ATP分子のリン酸結合からのポテンシャルエネルギーを使用する方法はいくつかあります。 ATPの最も重要な機能は次のとおりです。
3番目のリン酸基結合は 最もエネルギッシュな、しかしプロセスによっては、酵素がリン酸結合の1つまたは2つを破壊する場合があります。これは、リン酸基が一時的に酵素分子に結合し、ADPまたはAMPが生成されることを意味します。 ADPおよびAMP分子は、後で細胞呼吸中にATPに戻されます。
の 酵素分子 リン酸基を他の有機分子に移動します。
ATPを使用するプロセス
ATPは生体組織全体に存在し、細胞膜を通過して、生物が必要とする場所にエネルギーを届けることができます。 ATPの使用の3つの例は 合成 リン酸基を含む有機分子の 反応 ATPによって促進され、 能動輸送 膜を横切る分子の。いずれの場合も、ATPはリン酸基の1つまたは2つを放出して、プロセスを実行できるようにします。
たとえば、DNAおよびRNA分子は ヌクレオチド リン酸基を含んでいるかもしれません。酵素はリン酸基をATPから切り離し、必要に応じてヌクレオチドに追加できます。
タンパク質を含むプロセスの場合、 アミノ酸 または筋収縮に使用される化学物質、ATPは有機分子にリン酸基を結合できます。リン酸基は、部分を除去したり、分子に追加したり、分子を変更した後に放出したりするのに役立ちます。筋肉細胞では、この種の作用は筋肉細胞の収縮ごとに実行されます。
能動輸送では、ATPは細胞膜を通過し、他の物質を運ぶことができます。また、リン酸基を分子に結合して 形を変える そしてそれらが細胞膜を通過できるようにします。 ATPがなければ、これらのプロセスは停止し、細胞は機能しなくなります。