非専攻のための生物学I

あなたがすることを学ぶこと:細胞がATPを使用して自由エ 異なる生物はこのエネルギーをさまざまな方法で獲得しますが、同じ方法で保存(および使用)します。 生命のエネルギー—このセクションでは、我々はATPについて学びます。 ATPは細胞がエネルギーをどのように貯蔵するかです。 これらの貯蔵分子は、真核生物の細胞に見られる小さな細胞小器官であるミトコンドリアで産生され、細胞の「発電所」と呼ばれることもあります。

ミトコンドリア病の医師

細胞呼吸の重要な反応が正しく進行しないとどうなりますか? ミトコンドリア病は代謝の遺伝的障害である。 ミトコンドリア障害は、核またはミトコンドリアDNAの変異から生じる可能性があり、体細胞において正常であるよりも少ないエネルギーの産生をもたらたとえば、2型糖尿病では、NADHの酸化効率が低下し、酸化的リン酸化に影響を与えますが、呼吸の他のステップには影響しません。

ミトコンドリア疾患の症状には、筋肉の衰弱、協調の欠如、脳卒中のようなエピソード、および視力および聴力の喪失が含まれ得る。 いくつかの成人発症疾患があるが、ほとんどの罹患者は小児期に診断される。

ミトコンドリア障害の特定と治療は、専門的な医療分野です。 この職業のための教育準備には、大学教育が必要であり、続いて医学遺伝学を専門とする医学部が必要です。 医学の遺伝学者は医学の遺伝学のアメリカ板によって証明される板である場合もあり、Mitochondrial Medicine Societyおよび受継がれた新陳代謝の病気のための社会のようなmitochondrial diseasesの調査に、捧げられる専門の組織と関連付けられるようになることを続く。

学習成果

細胞がATPを使用して自由エネルギーをどのように貯蔵し、伝達するかを説明する

生きている細胞はかなりの量の自由エネルギーを貯蔵することができません。 過剰な自由エネルギーは、セル内の熱の増加をもたらし、セルを損傷して破壊する可能性のある過度の熱運動をもたらすであろう。 むしろ、細胞は、細胞がエネルギーを安全に貯蔵し、必要に応じてのみ使用するためにそれを放出することを可能にする方法でそのエネルギーを処理で 生きている細胞は混合のアデノシンの三リン酸塩(ATP)の使用によってこれを達成します。 ATPは、多くの場合、細胞の「エネルギー通貨」と呼ばれ、通貨のように、この汎用性の高い化合物は、細胞の任意のエネルギーの必要性を満たすために使用するこ どう? それは充電電池に同様に作用する。

ATPが分解されると、通常は末端のリン酸基が除去され、エネルギーが放出される。 エネルギーは、通常、放出されたリン酸塩が別の分子に結合し、それを活性化することによって、細胞によって仕事をするために使用される。 例えば、筋肉収縮の機械的な仕事では、ATPは収縮性筋肉タンパク質を移動させるためのエネルギーを供給する。 細胞膜におけるナトリウム-カリウムポンプの能動輸送作業を思い出してください。 ATPはポンプとして機能する必要な蛋白質の構造を変え、ナトリウムおよびカリウムのための類縁を変える。 このようにして、細胞は、その電気化学勾配に対してイオンをポンピングする作業を行う。

ATPの構造と機能

この図は、ATPの分子構造を示しています。 この分子はアデニンヌクレオチドであり、3つのリン酸基が結合している。 リン酸基は、それらが結合しているリボース糖からの距離を増加させるために、α、β、およびγと命名されている。

図1. ATP(アデノシン三リン酸)は、加水分解によって除去されてADP(アデノシン二リン酸)またはAMP(アデノシン一リン酸)を形成することができる3つのリン酸基リン酸基の負電荷は自然に互いに反発し、それらを結合するためにエネルギーを必要とし、これらの結合が壊れたときにエネルギーを放出する。

ATPの中心にはアデノシン一リン酸(AMP)の分子があり、これはリボース分子と単一のリン酸基に結合したアデニン分子で構成されています(図1)。 リボースはRNAに見られる五炭素糖であり、AMPはRNAのヌクレオチドの一つである。 このコア分子に第二のリン酸基を添加すると、アデノシン二リン酸(ADP)が形成され、第三のリン酸基を添加するとアデノシン三リン酸(ATP)が形成される。

リン酸基を分子に添加するにはエネルギーが必要です。 リン酸基は負に帯電しているため、ADPとATPのように直列に配置されているときに互いに反発します。 この反発は、ADPおよびATP分子を本質的に不安定にする。 ATP、脱リン酸化と呼ばれるプロセスからの一つまたは二つのリン酸基の放出は、エネルギーを解放します。ATPからのエネルギー

加水分解は、複雑な高分子を分解するプロセスです。

Atpからのエネルギー

加水分解は、複雑な高分子を分解するプロセスです。

加水分解の間、水は分割または溶解され、得られた水素原子(H+)および水酸基(OH-)がより大きな分子に添加される。 ATPの加水分解は、無機リン酸イオン(Pi)と一緒にADPを生成し、自由エネルギーを放出する。 生命プロセスを遂行するためには、ATPはADPに絶えず破壊され、充電電池のように、ADPは第三隣酸塩グループの再付着によってATPに絶えず再生されます。 ATP加水分解中に水素原子と水酸基に分解された水は、第3のリン酸塩がADP分子に添加されると再生され、ATPを改質する。

明らかに、エネルギーはATPを再生するためにシステムに注入されなければなりません。 このエネルギーはどこから来るのですか? 地球上のほぼすべての生き物では、エネルギーはグルコースの代謝から来ています。 このように、ATPはブドウ糖の異化作用のexergonic細道の限られたセットと生きている細胞に動力を与える多数のendergonic細道間の直接リンクです。

リン酸化

いくつかの化学反応では、酵素が酵素上で互いに反応するいくつかの基質に結合し、中間体を形成することを思い出してくださ 中間体複合体は一時的な構造であり、それは基質(ATPなど)の1つと反応物が互いにより容易に反応することを可能にする;ATPを含む反応では、ATPは基質の1つであり、ADPは生成物である。 Endergonic化学反応の間に、ATPは反作用の基質そして酵素が付いている中間複合体を形作ります。 この中間複合体は、ATPがその第3のリン酸基をそのエネルギーとともに基質に移動させることを可能にし、リン酸化と呼ばれるプロセスを行う。 リン酸化は、リン酸(-P)の添加を指す。 これは、次の一般的な反応によって説明されています:

A+酵素+ATP→→B+酵素+ADP+リン酸イオン

中間体が分解すると、エネルギーが基質を修飾し、反応の生成物に変換するために使用されます。 ADPの分子および自由な隣酸塩イオンは媒体に解放され、細胞の新陳代謝によってリサイクルのために利用できます。

この図は、ATPのリン酸ガンマがタンパク質に結合している基質レベルのリン酸化反応を示しています。

リン酸化反応では、ATPのγリン酸がタンパク質に結合する。

基質リン酸化

atpはグルコースの分解中に二つのメカニズムを介して生成されます。 異化経路で起こる化学反応の直接の結果として、少数のATP分子が生成される(すなわち、ADPから再生される)。 経路内の中間反応物からリン酸基が除去され、反応の自由エネルギーが利用可能なADP分子に第三のリン酸を添加し、ATPを生成するために使用される(図2)。 リン酸化のこの非常に直接的な方法は、基質レベルのリン酸化と呼ばれています。

酸化的リン酸化

グルコース異化の間に生成されるATPのほとんどは、真核細胞または原核細胞の原核細胞の細胞膜内のミトコンドリア(図3)で行われるはるかに複雑なプロセスである化学浸透症に由来する。

この図は、外膜と内膜を有するミトコンドリアの構造を示しています。 内側の膜には、cristaeと呼ばれる多くの折り目があります。 外膜と内膜の間の空間は膜間空間と呼ばれ、ミトコンドリアの中心空間はマトリックスと呼ばれます。 ATPシンターゼ酵素と電子輸送鎖は内膜に位置しています

図3。 ミトコンドリア(クレジット:Mariana Ruiz Villarealによる仕事の修正)

Chemiosmosis、細胞代謝におけるATP産生のプロセスは、グルコース異化の間に作られたATPの90%を生成するために使用され、また、太陽光のエネルギーを利用するために光合成の光反応に使用される方法でもある。 化学浸透のプロセスを用いたATPの産生は、プロセス中の酸素の関与のために酸化的リン酸化と呼ばれる。要約すると、生きているシステムのATP

ATPは細胞のエネルギー通貨として機能します。 それは細胞がエネルギーを簡潔に貯え、endergonic化学反応を支えるために細胞の内の運ぶようにします。 ATPの構造は、3つのリン酸塩が結合したRNAヌクレオチドの構造である。 ATPがエネルギーに使用されると、リン酸基または2つが分離され、ADPまたはAMPのいずれかが生成されます。 ブドウ糖の異化作用から得られるエネルギーがATPにADPを変えるのに使用されています。 ATPが反応に使用される場合、第三のリン酸は、リン酸化と呼ばれるプロセスで基質に一時的に結合される。 ブドウ糖の異化作用と共に使用されるATPの再生の2つのプロセスはchemiosmosisのプロセスによって基質レベルのリン酸化および酸化リン酸化です。

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