ATP-synteesi tapahtuu ATP-molekyyli biologiassa: koostumus, toiminnot ja rooli kehossa. ATP-molekyylin rakenne

Adenosiinitrifosforihappo-ATP- minkä tahansa elävän solun pakollinen energiakomponentti. ATP on myös nukleotidi, joka koostuu adeniinin typpipitoisesta emäksestä, riboosin sokerista ja kolmesta fosforihappomolekyylin jäännöksestä. Tämä on epävakaa rakenne. Aineenvaihduntaprosesseissa fosforihappojäännökset irtoavat siitä peräkkäin katkaisemalla toisen ja kolmannen fosforihappotähteen välisen energiarikkaan, mutta hauraan sidoksen. Yhden fosforihappomolekyylin irtoamiseen liittyy noin 40 kJ energian vapautuminen. Tässä tapauksessa ATP siirtyy adenosiinidifosforihapoksi (ADP), ja fosforihappojäännöksen edelleen pilkkoutuessa ADP:stä muodostuu adenosiinimonofosforihappoa (AMP).

Kaaviokaavio ATP:n rakenteesta ja sen muuntamisesta ADP:ksi ( T.A. Kozlova, V.S. Kuchmenko. Biologia taulukoissa. M., 2000 )

Näin ollen ATP on eräänlainen energian kerääjä solussa, joka "purkaa", kun se jaetaan. ATP:n hajoaminen tapahtuu proteiinien, rasvojen, hiilihydraattien ja muiden solujen elintärkeiden toimintojen synteesireaktioiden aikana. Näihin reaktioihin liittyy energian imeytyminen, joka uutetaan aineiden hajoamisen aikana.

ATP syntetisoidaan mitokondrioissa useissa vaiheissa. Ensimmäinen on valmisteleva - etenee vaiheittain siten, että kussakin vaiheessa on mukana tiettyjä entsyymejä. Tässä tapauksessa monimutkaiset orgaaniset yhdisteet hajoavat monomeereiksi: proteiinit - aminohapoiksi, hiilihydraatit - glukoosiksi, nukleiinihapot - nukleotideiksi jne. Näiden aineiden sidosten katkeamiseen liittyy pieni määrä energiaa. Muiden entsyymien vaikutuksesta saadut monomeerit voivat edelleen hajota, jolloin muodostuu yksinkertaisempia aineita hiilidioksidiksi ja veteen asti.

Kaavio ATP:n synteesi solun mitokondrioissa

SELITYKSET JÄRJESTELMÄÄN AINEIDEN JA ENERGIAN MUUTTAMISPROSESSISSA

Vaihe I - valmisteleva: monimutkaiset orgaaniset aineet ruoansulatusentsyymien vaikutuksesta hajoavat yksinkertaisiksi, kun taas vapautuu vain lämpöenergiaa.
Proteiinit -> aminohapot
Rasvat- > glyseriini ja rasvahapot
Tärkkelys -> glukoosi

Vaihe II - glykolyysi (happiton): suoritetaan hyaloplasmassa, ei liity kalvoihin; se sisältää entsyymejä; glukoosi hajoaa:

Hiivasienissä glukoosimolekyyli muunnetaan ilman hapen osallistumista etyylialkoholiksi ja hiilidioksidiksi (alkoholikäyminen):

Muissa mikro-organismeissa glykolyysi voidaan saattaa loppuun muodostamalla asetonia, etikkahappoa jne. Kaikissa tapauksissa yhden glukoosimolekyylin hajoamiseen liittyy kahden ATP-molekyylin muodostuminen. Glukoosin hapettoman hajoamisen aikana kemiallisen sidoksen muodossa 40 % anergiasta jää ATP-molekyyliin ja loput hajoavat lämmön muodossa.

Vaihe III - hydrolyysi (happi): suoritetaan mitokondrioissa, liittyy mitokondriumatriisiin ja sisäkalvoon, entsyymit osallistuvat siihen, maitohappo pilkkoutuu: C3H6Oz + 3H20 --> 3CO2 + 12H. CO2 (hiilidioksidi) vapautuu mitokondrioista ympäristöön. Vetyatomi sisältyy reaktioketjuun, jonka lopputulos on ATP:n synteesi. Nämä reaktiot menevät seuraavassa järjestyksessä:

1. Vetyatomi H kulkeutuu kantajaentsyymien avulla mitokondrioiden sisäkalvoon, joka muodostaa cristae, jossa se hapettuu: H-e--> H+

2. Vetyprotoni H+(kationi) kuljetetaan kantajilla cristae-kalvon ulkopinnalle. Protoneille tämä kalvo on läpäisemätön, joten ne kerääntyvät kalvojen väliseen tilaan muodostaen protonisäiliön.

3. Vetyelektronit e siirtyvät cristae-kalvon sisäpinnalle ja kiinnittyvät välittömästi happeen oksidaasientsyymin avulla muodostaen negatiivisesti varautuneen aktiivisen hapen (anionin): O2 + e--> O2-

4. Kationit ja anionit kalvon molemmilla puolilla muodostavat vastakkaisesti varautuneen sähkökentän ja kun potentiaaliero saavuttaa 200 mV, protonikanava alkaa toimia. Sitä esiintyy ATP-syntetaasin entsyymimolekyyleissä, jotka on upotettu sisäkalvoon, joka muodostaa cristae.

5. Vetyprotonit protonikanavan kautta H+ ryntää mitokondrioiden sisään luoden korkean energiatason, josta suurin osa menee ATP:n synteesiin ADP:stä ja P:stä (ADP + P -\u003e ATP) ja protoneista H+ vuorovaikutuksessa aktiivisen hapen kanssa muodostaen vettä ja molekyyliä 02:
(4Н++202- -->2Н20+02)

Elimistön hengityksen aikana mitokondrioihin joutuva O2 on siis välttämätön vetyprotonien H lisäämiselle. Sen puuttuessa koko prosessi mitokondrioissa pysähtyy, koska elektronien kuljetusketju lakkaa toimimasta. Vaiheen III yleinen reaktio:

(2CsHbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + + 42H20)

Yhden glukoosimolekyylin hajoamisen seurauksena muodostuu 38 ATP-molekyyliä: vaiheessa II - 2 ATP ja vaiheessa III - 36 ATP. Tuloksena olevat ATP-molekyylit menevät mitokondrioiden ulkopuolelle ja osallistuvat kaikkiin soluprosesseihin, joissa tarvitaan energiaa. Halkeamalla ATP luovuttaa energiaa (yksi fosfaattisidos sisältää 40 kJ) ja palaa mitokondrioihin ADP:n ja F:n (fosfaatin) muodossa.

kevyt vaihe

Aineiden ja energian muuntaminen dissimilaatioprosessissa sisältää seuraavat vaiheet:

lavastan- valmisteleva: monimutkaiset orgaaniset aineet ruoansulatusentsyymien vaikutuksesta hajoavat yksinkertaisiksi, kun taas vapautuu vain lämpöenergiaa.
Proteins ® -aminohapot

Fats ® glyseroli ja rasvahapot

Tärkkelys® glukoosi

II vaihe- glykolyysi (happiton): suoritetaan hyaloplasmassa, ei liity kalvoihin; se sisältää entsyymejä; glukoosi hajoaa:

Vaihe III- happi: suoritetaan mitokondrioissa, liittyy mitokondriumatriisiin ja sisäkalvoon, entsyymit osallistuvat siihen, palorypälehappo pilkkoutuu

CO 2 (hiilidioksidi) vapautuu mitokondrioista ympäristöön. Vetyatomi sisältyy reaktioketjuun, jonka lopputulos on ATP:n synteesi. Nämä reaktiot menevät seuraavassa järjestyksessä:

1. Vetyatomi H menee kantajaentsyymien avulla mitokondrioiden sisäkalvoon, joka muodostaa cristae, jossa se hapettuu:

2. Protoni H + (vetykationi) kuljetetaan kantajilla cristae-kalvon ulkopinnalle. Protoneille tämä kalvo, kuten myös mitokondrioiden ulkokalvo, on läpäisemätön, joten ne kerääntyvät kalvojen väliseen tilaan muodostaen protonisäiliön.

3. Vetyelektronit siirtyvät cristae-kalvon sisäpinnalle ja kiinnittyvät välittömästi happeen oksidaasientsyymin avulla muodostaen negatiivisesti varautuneen aktiivisen hapen (anionin):

4. Kationit ja anionit kalvon molemmilla puolilla muodostavat vastakkaisesti varautuneen sähkökentän ja kun potentiaaliero saavuttaa 200 mV, protonikanava alkaa toimia. Sitä esiintyy ATP-syntetaasin entsyymimolekyyleissä, jotka on upotettu sisäkalvoon, joka muodostaa cristae.

5. Protonikanavan kautta H + -protonit ryntäävät mitokondrioihin luoden korkean energiatason, josta suurin osa menee ATP:n synteesiin ADP:stä ja F (), ja itse H + -protonit ovat vuorovaikutuksessa aktiivisen hapen kanssa muodostaen vesi ja molekyyli O 2:

Siten organismin hengityksen aikana mitokondrioihin pääsevä 02 on välttämätön H + -protonien lisäämiseksi. Sen puuttuessa koko prosessi mitokondrioissa pysähtyy, koska elektronien kuljetusketju lakkaa toimimasta. Vaiheen III yleinen reaktio:

Yhden glukoosimolekyylin hajoamisen seurauksena muodostuu 38 ATP-molekyyliä: vaiheessa II - 2 ATP ja vaiheessa III - 36 ATP. Tuloksena olevat ATP-molekyylit menevät mitokondrioiden ulkopuolelle ja osallistuvat kaikkiin soluprosesseihin, joissa tarvitaan energiaa. Halkeamalla ATP luovuttaa energiaa (yksi fosfaattisidos sisältää 46 kJ) ja palaa mitokondrioihin ADP:n ja F:n (fosfaatin) muodossa.

Aineenvaihdunta (aineenvaihdunta) on kaikkien kehossa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden kokonaisuus. Kaikki nämä reaktiot on jaettu 2 ryhmään

1. Muovivaihto(assimilaatio, anabolismi, biosynteesi) - tämä tapahtuu yksinkertaisista aineista, jotka kuluttavat energiaa muodostettu (syntetisoitu) monimutkaisempi. Esimerkki:

• Fotosynteesin aikana glukoosia syntetisoidaan hiilidioksidista ja vedestä.

2. Energian vaihto(dissimilaatio, katabolia, hengitys) on kun monimutkaisia ​​aineita hajottaa (hapettaa) yksinkertaisempiin ja samalla energiaa vapautuu elämälle välttämätön. Esimerkki:

• Mitokondrioissa glukoosi, aminohapot ja rasvahapot hapetetaan hapen vaikutuksesta hiilidioksidiksi ja vedeksi, jolloin syntyy energiaa. (soluhengitys)

Muovin ja energian aineenvaihdunnan suhde

• Muovinen aineenvaihdunta antaa solulle monimutkaisia ​​orgaanisia aineita (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit, nukleiinihapot), mukaan lukien entsyymiproteiinit energia-aineenvaihduntaa varten.
• Energia-aineenvaihdunta antaa solulle energiaa. Tehtäessä työtä (henkinen, lihaksikas jne.) energia-aineenvaihdunta kiihtyy.

ATP- solun universaali energia-aine (universaali energiaakku). Se muodostuu energia-aineenvaihdunnan (orgaanisten aineiden hapettumisen) prosessissa.

• Energia-aineenvaihdunnan aikana kaikki aineet hajoavat ja ATP syntetisoituu. Tässä tapauksessa hajoavien monimutkaisten aineiden kemiallisten sidosten energia muunnetaan ATP:n energiaksi, energia varastoituu ATP:hen.
• Muovinvaihdon aikana kaikki aineet syntetisoidaan ja ATP hajoaa. Jossa ATP-energiaa kuluu(ATP:n energia muunnetaan monimutkaisten aineiden kemiallisten sidosten energiaksi, joka on varastoitu näihin aineisiin).

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Muovinvaihtoprosessissa
1) monimutkaisemmat hiilihydraatit syntetisoidaan vähemmän monimutkaisista
2) rasvat muuttuvat glyseroliksi ja rasvahapoiksi
3) proteiinit hapetetaan muodostamalla hiilidioksidia, vettä, typpeä sisältäviä aineita
4) energiaa vapautuu ja ATP syntetisoituu

Vastaus

Valitse kolme vaihtoehtoa. Miten muovin vaihto eroaa energianvaihdosta?
1) energia varastoituu ATP-molekyyleihin
2) ATP-molekyyleihin varastoitunut energia kuluu
3) syntetisoidaan orgaanisia aineita
4) orgaaniset aineet hajoavat
5) aineenvaihdunnan lopputuotteet - hiilidioksidi ja vesi
6) metabolisten reaktioiden seurauksena muodostuu proteiineja

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Muovisen aineenvaihdunnan prosessissa soluissa syntetisoidaan molekyylejä
1) proteiinit
2) vesi
3) ATP
4) epäorgaaniset aineet

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Mikä on muovin ja energian aineenvaihdunnan suhde?
1) muovivaihto toimittaa orgaanisia aineita energiaksi
2) energianvaihto toimittaa happea muoville
3) muovinen aineenvaihdunta toimittaa mineraaleja energiaksi
4) muovivaihto toimittaa ATP-molekyylejä energiaa

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Energia-aineenvaihduntaprosessissa, toisin kuin muovi,
1) ATP-molekyylien sisältämän energian kulutus
2) energian varastointi ATP-molekyylien makroergisiin sidoksiin
3) tarjota soluille proteiineja ja lipidejä
4) tarjota soluille hiilihydraatteja ja nukleiinihappoja

Vastaus

1. Muodosta vastaavuus vaihdon ominaisuuksien ja sen tyypin välillä: 1) muovi, 2) energia. Kirjoita numerot 1 ja 2 oikeassa järjestyksessä.
A) orgaanisten aineiden hapettuminen
B) polymeerien muodostuminen monomeereistä
B) ATP:n hajoaminen
D) energian varastointi soluun
D) DNA:n replikaatio
E) oksidatiivinen fosforylaatio

Vastaus

2. Selvitä vastaavuus solun aineenvaihdunnan ominaisuuksien ja sen tyypin välillä: 1) energia, 2) muovi. Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) glukoosi hajoaa hapettomasti
B) esiintyy ribosomeissa, kloroplasteissa
C) aineenvaihdunnan lopputuotteet - hiilidioksidi ja vesi
D) orgaanisia aineita syntetisoidaan
D) ATP-molekyyleihin varastoitunutta energiaa käytetään
E) energiaa vapautuu ja varastoituu ATP-molekyyleihin

Vastaus

3. Selvitä vastaavuus ihmisen aineenvaihdunnan merkkien ja sen tyyppien välillä: 1) plastinen aineenvaihdunta, 2) energia-aineenvaihdunta. Kirjoita numerot 1 ja 2 oikeassa järjestyksessä.
A) aineet hapettuvat
B) aineita syntetisoidaan
C) energia varastoituu ATP-molekyyleihin
D) energiaa kuluu
D) ribosomit ovat mukana prosessissa
E) Mitokondriot ovat mukana prosessissa

Vastaus

4. Määritä vastaavuus aineenvaihdunnan ominaisuuksien ja sen tyypin välillä: 1) energia, 2) muovi. Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) DNA:n replikaatio
B) proteiinien biosynteesi
B) orgaanisten aineiden hapettuminen
D) transkriptio
D) ATP-synteesi
E) kemosynteesi

Vastaus

5. Muodosta vastaavuus ominaisuuksien ja vaihtotyyppien välille: 1) muovi, 2) energia. Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) energia varastoituu ATP-molekyyleihin
B) syntetisoidaan biopolymeerejä
B) muodostuu hiilidioksidia ja vettä
D) tapahtuu oksidatiivista fosforylaatiota
D) DNA:n replikaatio tapahtuu

Vastaus

Valitse kolme energia-aineenvaihduntaan liittyvää prosessia.
1) hapen vapautuminen ilmakehään
2) hiilidioksidin, veden, urean muodostuminen
3) oksidatiivinen fosforylaatio
4) glukoosin synteesi
5) glykolyysi
6) veden fotolyysi

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Lihasten supistukseen tarvittava energia vapautuu, kun
1) orgaanisten aineiden hajoaminen ruuansulatuselimissä
2) hermoimpulssien aiheuttama lihaksen ärsytys
3) orgaanisten aineiden hapettumista lihaksissa
4) ATP-synteesi

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Mikä prosessi johtaa lipidien synteesiin solussa?
1) dissimilaatio
2) biologinen hapetus
3) muovivaihto
4) glykolyysi

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Muovisen aineenvaihdunnan arvo - kehon tarjonta
1) mineraalisuolat
2) happi
3) biopolymeerit
4) energia

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Orgaanisten aineiden hapettuminen tapahtuu ihmiskehossa
1) keuhkovesikkelit hengitettäessä
2) kehon solut plastisen vaihdon prosessissa
3) ruoansulatusprosessi ruoansulatuskanavassa
4) kehon solut energia-aineenvaihdunnan prosessissa

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Mihin solun aineenvaihduntareaktioihin liittyy energiakustannuksia?
1) energia-aineenvaihdunnan valmisteluvaihe
2) maitohappokäyminen
3) orgaanisten aineiden hapettuminen
4) muovivaihto

Vastaus

1. Muodosta vastaavuus aineenvaihdunnan prosessien ja osatekijöiden välille: 1) anabolismi (assimilaatio), 2) katabolismi (dissimilaatio). Kirjoita numerot 1 ja 2 oikeassa järjestyksessä.
A) käyminen
B) glykolyysi
B) hengitys
D) proteiinisynteesi
D) fotosynteesi
E) kemosynteesi

Vastaus

2. Muodosta vastaavuus ominaisuuksien ja aineenvaihduntaprosessien välille: 1) assimilaatio (anabolia), 2) dissimilaatio (katabolismi). Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) kehon orgaanisten aineiden synteesi
B) sisältää valmisteluvaiheen, glykolyysin ja oksidatiivisen fosforylaation
C) vapautunut energia varastoituu ATP:hen
D) muodostuu vettä ja hiilidioksidia
D) vaatii energiakustannuksia
E) esiintyy kloroplasteissa ja ribosomeissa

Vastaus

Valitse viidestä kaksi oikeaa vastausta ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty. Aineenvaihdunta on yksi elävien järjestelmien pääominaisuuksista, sille on ominaista se, mitä tapahtuu
1) valikoiva reagointi ulkoisiin ympäristövaikutuksiin
2) fysiologisten prosessien ja toimintojen voimakkuuden muutos eri värähtelyjaksoilla
3) ominaisuuksien ja ominaisuuksien siirtyminen sukupolvelta toiselle
4) tarvittavien aineiden imeytyminen ja jätetuotteiden erittyminen
5) ylläpitää suhteellisen vakiona sisäisen ympäristön fyysinen ja kemiallinen koostumus

Vastaus

1. Kaikkia paitsi kahta alla olevista termeistä käytetään kuvaamaan muovin vaihtoa. Tunnista kaksi termiä, jotka "pudovat pois" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) replikointi
2) kopiointi
3) lähetys
4) translokaatio
5) transkriptio

Vastaus

2. Kaikkia alla lueteltuja käsitteitä kahta lukuun ottamatta käytetään kuvaamaan solun plastista aineenvaihduntaa. Tunnista kaksi käsitettä, jotka "pudovat pois" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) assimilaatio
2) dissimilaatio
3) glykolyysi
4) transkriptio
5) lähetys

Vastaus

3. Alla lueteltuja termejä kahta lukuun ottamatta käytetään kuvaamaan muovin vaihtoa. Tunnista kaksi termiä, jotka jäävät pois yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) halkaisu
2) hapettuminen
3) replikointi
4) transkriptio
5) kemosynteesi

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Typpipitoinen emäs adeniini, riboosi ja kolme fosforihappotähdettä ovat
1) DNA
2) RNA
3) ATP
4) orava

Vastaus

Kaikkia alla olevia merkkejä kahta lukuun ottamatta voidaan käyttää kuvaamaan solun energia-aineenvaihduntaa. Tunnista kaksi ominaisuutta, jotka "pudoavat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita vastaukseksi numerot, joilla ne on merkitty.
1) mukana tulee energian imeytyminen
2) päättyy mitokondrioihin
3) päättyy ribosomeihin
4) liittyy ATP-molekyylien synteesi
5) päättyy hiilidioksidin muodostumiseen

Vastaus

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Sitä kutsutaan dissimilaatioksi. Se on kokoelma orgaanisia yhdisteitä, joissa vapautuu tietty määrä energiaa.

Dissimilaatio tapahtuu kahdessa tai kolmessa vaiheessa elävien organismien tyypistä riippuen. Joten aerobeissa se koostuu valmistavasta, hapettomasta ja happivaiheesta. Anaerobeissa (eliöissä, jotka pystyvät toimimaan hapettomassa ympäristössä) dissimilaatio ei vaadi viimeistä vaihetta.

Energia-aineenvaihdunnan viimeinen vaihe aerobeissa päättyy täydelliseen hapettumiseen. Tässä tapauksessa glukoosimolekyylien hajoaminen tapahtuu energian muodostuessa, joka menee osittain ATP:n muodostumiseen.

On syytä huomata, että ATP:n synteesi tapahtuu fosforylaatioprosessissa, kun epäorgaanista fosfaattia lisätään ADP:hen. Samaan aikaan se syntetisoituu mitokondrioissa ATP-syntaasin osallistuessa.

Mikä reaktio tapahtuu tämän energiayhdisteen muodostumisen aikana?

Adenosiinidifosfaatti ja fosfaatti yhdistyvät muodostaen ATP:tä, jonka muodostuminen kestää noin 30,6 kJ/mol. Adenosiinitrifosfaattia, koska merkittävä määrä siitä vapautuu juuri ATP:n korkeaenergisten sidosten hydrolyysin aikana.

ATP:n synteesistä vastaava molekyylikoneisto on tietty syntaasi. Se koostuu kahdesta osasta. Yksi niistä sijaitsee kalvossa ja on kanava, jonka kautta protonit tulevat mitokondrioihin. Tämä vapauttaa energiaa, jonka toinen ATP:n rakenneosa, nimeltään F1, vangitsee. Se sisältää staattorin ja roottorin. Kalvossa oleva staattori on kiinteä ja koostuu delta-alueesta sekä alfa- ja beeta-alayksiköistä, jotka vastaavat ATP:n kemiallisesta synteesistä. Roottori sisältää gamma- ja epsilon-alayksiköitä. Tämä osa pyörii käyttämällä protonien energiaa. Tämä syntaasi varmistaa ATP:n synteesin, jos ulkokalvon protonit suuntautuvat mitokondrioiden keskelle.

On huomattava, että solulle on ominaista tilajärjestys. Aineiden kemiallisten vuorovaikutusten tuotteet jakautuvat epäsymmetrisesti (positiivisesti varautuneet ionit menevät yhteen suuntaan ja negatiivisesti varautuneet hiukkaset toiseen suuntaan), jolloin kalvolle muodostuu sähkökemiallinen potentiaali. Se koostuu kemiallisesta ja sähkökomponentista. On sanottava, että juuri tästä mitokondrioiden pinnalla olevasta potentiaalista tulee universaali energian varastointimuoto.

Tämän kuvion löysi englantilainen tiedemies P. Mitchell. Hän ehdotti, että aineet hapettumisen jälkeen eivät näytä molekyyleiltä, ​​vaan positiivisesti ja negatiivisesti varautuneilta ioneilta, jotka sijaitsevat mitokondrioiden kalvon vastakkaisilla puolilla. Tämä oletus teki mahdolliseksi selvittää fosfaattien välisten makroergisten sidosten muodostumisen luonnetta adenosiinitrifosfaatin synteesin aikana ja myös muotoilla tämän reaktion kemosmoottisen hypoteesin.

Main solun energianlähde ovat ravintoaineita: hiilihydraatteja, rasvoja ja proteiineja, jotka hapetetaan hapen avulla. Lähes kaikki hiilihydraatit, ennen kuin ne pääsevät kehon soluihin, muuttuvat glukoosiksi maha-suolikanavan ja maksan toiminnan vuoksi. Hiilihydraattien ohella myös proteiinit hajoavat - aminohapoiksi ja lipideiksi - rasvahapoiksi.Solussa ravinteet hapetetaan hapen vaikutuksesta ja energian vapautumisreaktioita ja sen hyödyntämistä ohjaavien entsyymien osallistuessa.

Melkein kaikki oksidatiiviset reaktiot esiintyy mitokondrioissa, ja vapautunut energia varastoituu makroergisen yhdisteen - ATP:n - muodossa. Jatkossa ATP:tä, ei ravinteita, käytetään energian tuottamiseen solunsisäisiin aineenvaihduntaprosesseihin.

ATP-molekyyli sisältää: (1) typpipitoisen emäksen adeniinin; (2) pentoosihiilihydraattiriboosi, (3) kolme fosforihappotähdettä. Kaksi viimeistä fosfaattia on yhdistetty toisiinsa ja molekyylin muuhun osaan makroergisilla fosfaattisidoksilla, jotka on merkitty symbolilla ~ ATP-kaavassa. Kunkin tällaisen sidoksen energia on keholle ominaisista fysikaalisista ja kemiallisista olosuhteista riippuen 12 000 kaloria per 1 mooli ATP:tä, mikä on monta kertaa suurempi kuin tavallisen kemiallisen sidoksen energia, minkä vuoksi fosfaattisidoksia kutsutaan makroergisiksi. Lisäksi nämä sidokset tuhoutuvat helposti ja tarjoavat solunsisäisille prosesseille energiaa heti, kun tarve ilmenee.

Kun vapautetaan ATP energiaa luovuttaa fosfaattiryhmän ja muuttuu adenosiinidifosfaatiksi. Vapautunutta energiaa käytetään lähes kaikkiin soluprosesseihin, esimerkiksi biosynteesireaktioihin ja lihasten supistumisen aikana.

ATP-varantojen täydentäminen tapahtuu yhdistämällä ADP uudelleen fosforihappotähteen kanssa ravinteiden energian kustannuksella. Tämä prosessi toistetaan yhä uudelleen ja uudelleen. ATP:tä kulutetaan ja kertyy jatkuvasti, minkä vuoksi sitä kutsutaan solun energiavaluutaksi. ATP:n kiertoaika on vain muutama minuutti.

Mitokondrioiden rooli ATP:n muodostumisen kemiallisissa reaktioissa. Kun glukoosi pääsee soluun, se muuttuu sytoplasmisten entsyymien vaikutuksesta pyruviinihapoksi (tätä prosessia kutsutaan glykolyysiksi). Tässä prosessissa vapautuvaa energiaa käytetään pienen määrän ADP:tä muuntamiseen ATP:ksi, alle 5 % kokonaisenergiavarannoista.

95 % tapahtuu mitokondrioissa. Pyruviinihappo, rasvahapot ja aminohapot, jotka muodostuvat vastaavasti hiilihydraateista, rasvoista ja proteiineista, muuttuvat lopulta mitokondriomatriisissa yhdisteeksi, jota kutsutaan asetyyli-CoA:ksi. Tämä yhdiste puolestaan ​​siirtyy sarjaan entsymaattisia reaktioita, joita kutsutaan yhteisesti trikarboksyylihapposykliksi tai Krebsin sykliksi, luovuttaakseen energiansa.

Syklissä trikarboksyylihapot asetyyli-CoA hajoaa vetyatomeiksi ja hiilidioksidimolekyyleiksi. Hiilidioksidi poistetaan mitokondrioista, sitten solusta diffuusiolla ja erittyy kehosta keuhkojen kautta.

vetyatomit ovat kemiallisesti erittäin aktiivisia ja reagoivat siksi välittömästi mitokondrioihin diffundoituvan hapen kanssa. Tässä reaktiossa vapautuvaa suurta energiamäärää käytetään monien ADP-molekyylien muuntamiseen ATP:ksi. Nämä reaktiot ovat melko monimutkaisia ​​ja vaativat valtavan määrän entsyymejä, jotka muodostavat mitokondriaalisen kiderakenteen. Alkuvaiheessa vetyatomista irtoaa elektroni ja atomi muuttuu vetyioniksi. Prosessi päättyy vetyionien lisäämiseen happeen. Tämän reaktion seurauksena muodostuu vettä ja suuri määrä energiaa, jotka ovat välttämättömiä ATP-syntetaasin, suuren pallomaisen proteiinin toiminnalle, joka toimii tuberkeina mitokondrioiden pinnalla. Tämän entsyymin vaikutuksesta, joka käyttää vetyionien energiaa, ADP muunnetaan ATP:ksi. Uusia ATP-molekyylejä lähetetään mitokondrioista solun kaikkiin osiin, mukaan lukien tumaan, jossa tämän yhdisteen energiaa käytetään tarjoamaan erilaisia ​​toimintoja.
Tämä prosessi ATP-synteesi kutsutaan yleisesti ATP:n muodostumisen kemosmoottiseksi mekanismiksi.