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Wo wird ATP bei der Phosphorylierung verwendet?

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In dem Abschnitt, der den Calvin-Zyklus beschreibt, heißt es in meinem Lehrbuch unter der Unterüberschrift "Reduktion":

Die Schritte beinhalten die Verwendung von 2 Molekülen ATP für die Phosphorylierung…

Ich konnte nicht herausfinden, wo ATP bei der Phosphorylierung (ATP-Synthese durch Zellen) verwendet wird? Bitte helfen Sie mir zu verstehen.


In der Biologie bezeichnet die Phosphorylierung die Anlagerung anorganischer Phosphatgruppen an Proteine ​​oder andere organische Moleküle. Die Phosphogruppe stammt normalerweise von ATP, das bei diesem Prozess in ADP umgewandelt wird.

Im Rahmen des Calvin-Zyklus gibt es zwei Stellen, an denen Moleküle phosphoryliert werden. Die erste ist die Phosphorylierung von 3-Phosphogylcerat zu 1,3-Bisphosphoglycerat, die andere ist die Phosphorylierung von Ribulose 5-Phosphat zu Ribulose 1,5-Bisphosphat.

Siehe das Bild (von hier):


Produktion von ATP in der Atmung

Zusammenfassung der Atmung, um zu sehen, wie viel ATP aus jedem Glukosemolekül hergestellt wird. ATP wird auf zwei verschiedene Arten hergestellt:

  • Einige ATP-Moleküle werden direkt von den Enzymen der Glykolyse oder des Krebs-Zyklus hergestellt. Dies wird als Phosphorylierung auf Substratebene bezeichnet (da ADP phosphoryliert wird, um ATP zu bilden).
  • Die meisten ATP-Moleküle werden vom ATP-Synthase-Enzym in der Atmungskette hergestellt. Da hierfür Sauerstoff benötigt wird, spricht man von oxidativer Phosphorylierung. Wissenschaftler wissen noch nicht genau, wie viele Protonen in der Atmungskette gepumpt werden, aber die aktuellen Schätzungen sind: 10 Protonen, die von NADH 6 von FADH gepumpt werden und 4 Protonen, die von der ATP-Synthase benötigt werden, um ein ATP-Molekül herzustellen. Dies bedeutet, dass jeder NADH 2,5 ATPs (10/4) und jeder FADH 1,5 ATPs (6/4) herstellen kann.

Zur Phosphorylierung der Glucose werden zu Beginn der Glykolyse zwei ATP-Moleküle verwendet, die von der Gesamtmenge abgezogen werden müssen.

Die folgende Tabelle ist ein „ATP-Konto“ für die aerobe Atmung und zeigt, dass für jedes bei der aeroben Atmung verwendete Glukosemolekül 32 ATP-Moleküle gebildet werden. Dies ist die maximal mögliche Ausbeute, oft wird weniger ATP gemacht, je nach den Umständen. Anaerobe Atmung produziert nur die 2 Moleküle ATP aus den ersten beiden Reihen.

Auch andere Substanzen können zur Herstellung von ATP verwendet werden. Glykogen ist natürlich die Hauptquelle für Glukose beim Menschen.

Triglyceride werden in Fettsäuren und Glycerin zerlegt, die beide in den Krebszyklus eintreten. Ein typisches Triglyceridmolekül könnte 50 Acetyl-CoA-Moleküle herstellen, was 500 ATP-Moleküle ergibt. Fette sind somit ein sehr guter Energiespeicher und liefern pro g Trockenmasse 2,5 mal so viel ATP wie Kohlenhydrate. Proteine ​​werden normalerweise nicht zur Herstellung von ATP verwendet, aber bei Hunger können sie abgebaut und bei der Atmung verwendet werden.

Sie werden zuerst in Aminosäuren zerlegt, die in Pyruvat und Metaboliten des Krebs-Zyklus umgewandelt und dann zur Herstellung von ATP verwendet werden.


Was ist Phosphorylierung? (Mit Bildern)

Phosphorylierung ist ein chemischer Prozess, bei dem eine Phosphatgruppe (PO4 3-) wird einer Verbindung zugesetzt. Es gilt normalerweise für die organische Chemie und ist für alle lebenden Organismen von entscheidender Bedeutung. Der Prozess ist an der Proteinsynthese und an der Produktion von Adenosin beteiligt, einem Molekül, das Energie speichert und liefert. Es spielt auch eine entscheidende Rolle bei verschiedenen chemischen Signal- und Regulationsmechanismen innerhalb der Zelle, indem es die Struktur verschiedener Proteine ​​​​modifiziert und ihre Aktivitäten verändert.

Normalerweise wird für die biochemischen Reaktionen, bei denen eine Phosphatgruppe an ein Molekül hinzugefügt wird, Energie benötigt. Oft kommt diese Energie von ATP-Molekülen. ATP enthält drei Phosphatgruppen, von denen eine leicht entfernt werden kann. Die Entfernung dieser Gruppe setzt beträchtliche Energie frei, die verwendet werden kann, um eine Phosphorylierungsreaktion zu ermöglichen, bei der die Phosphatgruppe an ein anderes Molekül – zum Beispiel Glucose – angefügt wird. Somit können Phosphatgruppen leicht von ATP auf andere Moleküle übertragen werden.

Diese Reaktionen erfordern jedoch, dass ATP und das Rezeptormolekül zusammengebracht werden, damit der Transfer stattfinden kann. Dies wird durch Enzyme erreicht, die als Kinasen bekannt sind. Dies sind große, komplexe Proteine, die mehrere hundert Aminosäuren enthalten können. Die Form des Enzyms ist entscheidend: Die Struktur eines Kinaseenzyms ist so, dass sowohl das ATP als auch das Rezeptormolekül in unmittelbarer Nähe untergebracht werden können, damit die Reaktion ablaufen kann. Ein Beispiel ist die Glycerinkinase, die die Übertragung einer Phosphatgruppe von ATP auf Glycerin erleichtert. Dies ist ein Teil des Prozesses, der Phospholipide produziert, die in Zellmembranen verwendet werden.

ATP wird selbst durch einen bekannten Phosphorylierungsprozess namens oxidative Phosphorylierung hergestellt, bei dem eine Phosphatgruppe an Adenosindiphosphat (ADP) angefügt wird, um ATP zu produzieren. Die Energie für diesen Prozess kommt letztendlich aus der Nahrung, die wir zu uns nehmen, genauer gesagt aus der Oxidation von Glukose. Es ist ein sehr komplexer Prozess mit vielen Schritten, aber in einfachen Worten wird die Energie aus Glukose verwendet, um zwei Verbindungen, bekannt als NADH und FADH2, zu bilden, die die Energie für den Rest der Reaktion liefern. Die Verbindungen sind Reduktionsmittel, die sich leicht von Elektronen trennen, damit sie oxidiert werden können. Phosphatgruppen werden ATP-Molekülen unter Verwendung der Energie hinzugefügt, die durch die Oxidation von NADH und FADH2 freigesetzt wird. Diese Reaktion wird durch das Enzym ATP-Synthetase erleichtert.

Viele verschiedene Kinasen kommen sowohl in Pflanzen als auch in Tieren vor. Aufgrund ihrer Bedeutung in so vielen zellulären Prozessen hat sich ein Phosphorylierungsassay zu einem gebräuchlichen Laborverfahren entwickelt. Dabei werden Proben von Zellmaterial getestet, um zu überprüfen, ob eine Proteinphosphorylierung stattgefunden hat, und in einigen Fällen deren Ausmaß gemessen. Es gibt eine Reihe verschiedener Methoden, die verwendet werden, um die Phosphorylierung zu überprüfen, einschließlich der Markierung von Phosphatgruppen mit Radioisotopen, der Verwendung von Antikörpern, die für das phosphorylierte Protein spezifisch sind, und Massenspektrometrie.

Seit 2011 sind zusätzliche signalregulierte Kinasen (ERKs) – Enzyme, die an Signalaktivitäten innerhalb der Zelle beteiligt sind – von besonderem Interesse. Die ERK-Phosphorylierung spielt eine Rolle bei der Regulierung verschiedener Zellfunktionen, einschließlich der Mitose und anderer Prozesse im Zusammenhang mit der Zellteilung. Dieser Prozess ist für einige Bereiche der Krebsforschung relevant, da er durch krebserregende Stoffe und Virusinfektionen aktiviert werden kann, was zu unkontrollierter Zellteilung und anderen krebsbedingten Effekten führt. Es wird an möglichen Krebsbehandlungen geforscht, die diesen Prozess hemmen. Ein Phosphorylierungsassay kann verwendet werden, um verschiedene Substanzen auf ihre Wirksamkeit in dieser Funktion zu testen.


Energie, Phosphorylierung und ATP (CIE A-level Biology)

Als Lehrer für Naturwissenschaften bin ich auch dafür bekannt, Mathematik und Sport zu unterrichten! So seltsam es auch erscheinen mag, meine wahre Liebe ist es, Ressourcen zu entwerfen, die von anderen Lehrern verwendet werden können, um die Erfahrung der Schüler zu maximieren. Ich überlege mir ständig neue Wege, einen Schüler mit einem Thema zu beschäftigen und versuche, dies in der Gestaltung des Unterrichts umzusetzen.

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Diese Lektion skizziert den Energiebedarf lebender Organismen und beschreibt, wie ATP durch Phosphorylierung bei der Atmung und Photosynthese gebildet wird. Die ansprechenden und detaillierten PowerPoint- und begleitenden Ressourcen wurden in erster Linie entwickelt, um die Punkte 12.1 (a, b, c & e) der CIE-A-Level-Biology-Spezifikation abzudecken, können aber als Überarbeitung der Themen 1, 4 und 6 verwendet werden, wenn die Schüler Das Wissen über Zellstruktur, Membrantransport und ATP wird ständig in Frage gestellt.

Da dies die erste Lektion in Thema 12 (Atmung) ist, wurde sie speziell als Einführung in diese zelluläre Reaktion geplant und liefert wichtige Details über die Glykolyse, den Krebs-Zyklus und die oxidative Phosphorylierung, die den Schülern helfen, signifikante Fortschritte zu erzielen, wenn diese Phasen werden im Einzelunterricht abgedeckt. Außerdem wird die Photophosphorylierung eingeführt, um die Studierenden auf die lichtabhängige Reaktion der Photosynthese in Thema 13 vorzubereiten.

Im Mittelpunkt des Unterrichtsbeginns steht die Demonstration des Energiebedarfs bei einer Vielzahl von Reaktionen, die in lebenden Organismen ablaufen. Die Schüler trafen ATP in den Themen 1 und 6, daher wird eine Fehlersuche-Aufgabe verwendet, um zu überprüfen, ob sie sich an die Struktur und Funktion dieses Moleküls erinnern. Dies soll sie daran erinnern, dass die Energiefreisetzung aus der Hydrolyse von ATP mit energiegetriebenen Reaktionen in der Zelle wie dem aktiven Transport gekoppelt werden kann, und eine Reihe von Prüfungsfragen werden verwendet, um ihr Wissen über diese Form zu hinterfragen des Membrantransports. Sie werden auch sehen, wie Energie für die Proteinsynthese und DNA-Replikation und die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials benötigt wird, bevor weitere Fragen sie herausfordern, ihr Wissen über Zellstruktur und Transport anzuwenden, um zu erklären, wie diese während der Ereignisse an einer Synapse benötigt wird.

Der Rest der Lektion konzentriert sich auf die Produktion von ATP durch Substratebene, Oxidation und Photophosphorylierung und die Schüler lernen, wann ATP durch jede dieser Reaktionen gebildet wird und sehen, wie die Elektronentransportkette in den Membranen in den Mitochondrien und Chloroplasten ist beteiligt

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Ein Bündel ist ein Paket von Ressourcen, die gruppiert sind, um ein bestimmtes Thema oder eine Reihe von Lektionen an einem Ort zu unterrichten.

Themen 12 & 13: Atmung und Photosynthese (CIE A-level Biology)

Atmung und Photosynthese sind zwei der am häufigsten bewerteten Themen in den Abiturprüfungen, werden aber von den Schülern oft schlecht verstanden. Diese 14 Lektionen wurden sorgfältig geplant, um eine breite Palette von Aktivitäten zu enthalten, die die Schüler einbeziehen und motivieren, während sie gleichzeitig die wichtigsten Details behandeln, um ihr Verständnis zu vertiefen, und prüfungsähnliche Fragen enthalten, damit sie vollständig auf diese Prüfungen vorbereitet sind. Die folgenden Spezifizierungspunkte in den Themen 12 und 13 des CIE-A-Level-Biologiekurses werden durch diese Lektionen abgedeckt: * Der Energiebedarf in lebenden Organismen * Die Eigenschaften von ATP * Die Synthese von ATP durch Phosphorylierung auf Substratebene in der Glykolyse und die Krebs-Zyklus * Die Rolle der Coenzyme bei der Atmung * Die Synthese von ATP durch die Elektronentransportkette in den Mitochondrien und Chloroplasten * Die relativen Energiewerte von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen als Atmungssubstrate * Bestimmung des Atmungsquotienten aus Gleichungen für die Atmung * Die vier Stadien der aeroben Atmung * Ein Überblick über die Glykolyse * Wenn Sauerstoff verfügbar ist, wird Pyruvat in der Link-Reaktion in Acetyl-CoA umgewandelt * Die Schritte des Krebs-Zyklus * Oxidative Phosphorylierung * Die Beziehung zwischen der Struktur und Funktion des Mitochondriums * Unterscheiden zwischen aerobe und anaerobe Atmung in Säugetiergewebe und in Hefezellen * Anaerobe Atmung erzeugt as Mall Ausbeute an ATP und baut eine Sauerstoffschuld auf * Die Produkte der lichtabhängigen Stufe werden im Calvin-Zyklus verwendet * Der Aufbau eines Chloroplasten und die Orte der lichtabhängigen und lichtunabhängigen Stufen der Photosynthese * Die licht- abhängiges Stadium der Photosynthese * Die drei Phasen des Calvin-Zyklus * Die Umwandlung von Zwischenprodukten des Calvin-Zyklus in Kohlenhydrate, Lipide und Aminosäuren * Erklären Sie den Begriff des limitierenden Faktors in Bezug auf die Photosynthese * Erklären Sie die Auswirkungen von Änderungen der Lichtintensität, Kohlendioxidkonzentration und Temperatur auf die Photosyntheserate * Erklären Sie, wie das Verständnis der limitierenden Faktoren genutzt wird, um die Ernteerträge in geschützten Umgebungen zu steigern Aufgrund der Details dieser Lektionen wird geschätzt, dass es bis zu 2 Monate der zugewiesenen A-Level-Unterrichtszeit in Anspruch nehmen wird Behandeln Sie die Details in den Folien dieser Lektionen Wenn Sie die Qualität der Lektionen testen möchten, laden Sie die Rollen der Coenzyme, den Krebs-Zyklus herunter und die Produkte der Calvin-Zyklusstunden, da diese kostenlos geteilt wurden

Thema 12: Energie und Atmung (CIE A-level Biology)

Thema 12 ist in der Regel das erste Thema, das im zweiten Jahr des CIE-A-Level-Biologiekurses unterrichtet wird ist bedeckt. Es ist wichtig, dass die Schüler verstehen, wie Energie in Form von ATP durch aerobe und anaerobe Atmung erzeugt wird, und die energiegetriebenen Reaktionen wie den aktiven Transport beschreiben können, die diesen Input benötigen. Aus diesem Grund enthält der Unterricht mehrere Verständnisprüfungen, die die Studierenden auf ihren aktuellen Wissensstand sowie auf ihre Fähigkeit, auf bereits behandelte Themen zu verlinken, einschätzen. Die folgenden Spezifikationspunkte in Thema 12 der CIE A-level Biology Specification werden in diesen Lektionen behandelt: * Der Energiebedarf in lebenden Organismen * Die Eigenschaften von ATP, die dieses Molekül als Energiewährung geeignet machen * Phosphorylierung auf Substratebene in der Glykolyse und der Krebs-Zyklus * Die Rolle der Coenzyme bei der Atmung * Die Beteiligung der Elektronentransportkette, die in den Mitochondrien und Chloroplastenmembranen gefunden wird, an der Produktion von ATP * Die vier Stadien der aeroben Atmung * Glykolyse * Die Verbindungsreaktion * Der Krebs-Zyklus * Oxidative Phosphorylierung * Die Struktur des Mitochondriums * Die Unterschiede zwischen aerober und anaerober Atmung * Die Sauerstoffschuld Wenn Sie die Qualität dieser Lektionen testen möchten, dann laden Sie die Rollen der Coenzyme und die Krebs-Zyklus-Lektionen herunter, da diese hochgeladen wurden kostenlos


29 3.7 ATP: Adenosintriphosphat

Fast alle chemischen Reaktionen in menschlichen Zellen benötigen Energie. Woher kommt innerhalb der Zelle die Energie, um solche Reaktionen anzutreiben? Die Antwort liegt in einem energieliefernden Molekül, das Wissenschaftler nennen Adenosintriphosphat , oder ATP . Dies ist ein kleines, relativ einfaches Molekül ( Abbildung 1 ), aber in einigen seiner Bindungen enthält es das Potenzial für einen schnellen Energieschub, der genutzt werden kann, um zelluläre Arbeit zu verrichten. Stellen Sie sich dieses Molekül als die primäre Energiewährung der Zellen vor, so wie Geld die Währung ist, die Menschen gegen Dinge tauschen, die sie brauchen. ATP treibt die meisten energieverbrauchenden Zellreaktionen an.

Abbildung 1. ATP ist die primäre Energiewährung der Zelle. Es hat ein Adenosin-Rückgrat mit drei gebundenen Phosphatgruppen.

Wie der Name schon sagt, besteht Adenosintriphosphat aus Adenosin, das an drei Phosphatgruppen gebunden ist (Abbildung 1). Adenosin ist ein Nukleosid, das aus der stickstoffhaltigen Base Adenin und einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, Ribose, besteht. Die drei Phosphatgruppen, die am weitesten vom Ribosezucker entfernt sind, sind Alpha, Beta und Gamma. Zusammen bilden diese chemischen Gruppen ein Energiekraftwerk. Allerdings liegen nicht alle Bindungen innerhalb dieses Moleküls in einem besonders energiereichen Zustand vor. Beide Bindungen, die die Phosphate verbinden, sind gleich hochenergetische Bindungen (Phosphoanhydridbindungen), die, wenn sie gebrochen werden, genügend Energie freisetzen, um eine Vielzahl von zellulären Reaktionen und Prozessen anzutreiben. Diese hochenergetischen Bindungen sind die Bindungen zwischen der zweiten und dritten (oder Beta- und Gamma-) Phosphatgruppe und zwischen der ersten und zweiten Phosphatgruppe. Diese Bindungen sind „hochenergetisch“, weil die Produkte eines solchen Bindungsbruchs – Adenosindiphosphat (ADP) und eine anorganische Phosphatgruppe (Pich) – haben eine deutlich geringere freie Energie als die Reaktanten: ATP und ein Wassermolekül. Da diese Reaktion unter Verwendung eines Wassermoleküls stattfindet, handelt es sich um eine Hydrolysereaktion. Mit anderen Worten, ATP hydrolysiert in der folgenden Reaktion zu ADP:

ATP + H2O → ADP + Pi + freie Energie

Wie die meisten chemischen Reaktionen ist die Hydrolyse von ATP zu ADP reversibel. Die Rückreaktion regeneriert ATP aus ADP + Pich. Zellen sind auf die ATP-Regeneration angewiesen, genauso wie Menschen darauf angewiesen sind, ausgegebenes Geld durch irgendeine Art von Einkommen zu regenerieren. Da die ATP-Hydrolyse Energie freisetzt, muss die ATP-Regeneration eine Zufuhr von freier Energie erfordern. Diese Gleichung drückt die ATP-Bildung aus:

ADP + Pi + freie Energie → ATP + H2Ö

ATP ist ein sehr instabiles Molekül. ATP dissoziiert spontan in ADP + P ., wenn es nicht schnell zur Arbeitsleistung verwendet wird ich , und die dabei freigesetzte freie Energie geht als Wärme verloren. Zellen können die bei der ATP-Hydrolyse freigesetzte Energie durch Energiekopplung nutzen, wobei der Prozess der ATP-Hydrolyse mit anderen Prozessen in der Zelle verknüpft ist. Ein Beispiel für die Energiekopplung unter Verwendung von ATP ist eine Transmembran-Ionenpumpe, die für die Zellfunktion extrem wichtig ist. Diese Natrium-Kalium-Pumpe (Na + /K + -Pumpe) treibt Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle ( Figur 2 ). Ein großer Prozentsatz des ATP einer Zelle treibt diese Pumpe an, denn zelluläre Prozesse bringen viel Natrium in die Zelle und Kalium aus ihr heraus. Die Pumpe arbeitet ständig, um die zellulären Konzentrationen von Natrium und Kalium zu stabilisieren. Damit die Pumpe einen Zyklus durchlaufen kann (exportiert drei Na+-Ionen und importiert zwei K+-Ionen), muss ein ATP-Molekül hydrolysieren. Wenn ATP hydrolysiert, schwimmt sein Gamma-Phosphat nicht einfach weg, sondern es überträgt sich tatsächlich auf das Pumpprotein. Wissenschaftler nennen diesen Vorgang der Bindung einer Phosphatgruppe an ein Molekül Phosphorylierung. Wie bei den meisten ATP-Hydrolysefällen wird ein Phosphat von ATP auf ein anderes Molekül übertragen. In einem phosphorylierten Zustand hat die Na + /K + -Pumpe mehr freie Energie und wird zu einer Konformationsänderung (einer Formänderung des Proteins) getriggert. Diese Änderung ermöglicht es ihr, Na + an die Zellen nach außen abzugeben. Es bindet dann extrazelluläres K + , das durch eine weitere Konformationsänderung bewirkt, dass sich das Phosphat von der Pumpe löst. Diese Phosphatfreisetzung löst die Freisetzung von K + an die Zellen im Inneren aus. Im Wesentlichen koppelt sich die bei der ATP-Hydrolyse freigesetzte Energie mit der Energie, die erforderlich ist, um die Pumpe anzutreiben und Na + - und K + -Ionen zu transportieren. ATP verrichtet zelluläre Arbeit unter Verwendung dieser grundlegenden Form der Energiekopplung durch Phosphorylierung.

VISUELLE VERBINDUNG Figur 2. Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein Beispiel für Energiekopplung. Die aus der exergonischen ATP-Hydrolyse gewonnene Energie pumpt Natrium- und Kaliumionen durch die Zellmembran.

Während zellulärer Stoffwechselreaktionen, wie der Nährstoffsynthese und des Abbaus, müssen sich bestimmte Moleküle oft in ihrer Konformation geringfügig ändern, um Substrate für den nächsten Schritt in der Reaktionsreihe zu werden. Ein Beispiel ist während der allerersten Schritte der Zellatmung, wenn ein Zuckerglukosemolekül im Prozess der Glykolyse abgebaut wird. Im ersten Schritt wird ATP benötigt, um Glucose zu phosphorylieren, wodurch ein energiereiches, aber instabiles Zwischenprodukt entsteht. Diese Phosphorylierungsreaktion bewirkt eine Konformationsänderung, die es dem phosphorylierten Glucosemolekül ermöglicht, sich in den phosphorylierten Zucker Fructose umzuwandeln. Fruktose ist ein notwendiges Zwischenprodukt, damit die Glykolyse voranschreiten kann. Hier koppelt die exergonische Reaktion der ATP-Hydrolyse mit der endergonischen Reaktion der Umwandlung von Glucose in ein phosphoryliertes Zwischenprodukt im Stoffwechselweg. Wieder einmal wurde die Energie, die durch das Aufbrechen einer Phosphatbindung innerhalb von ATP freigesetzt wurde, für die Phosphorylierung eines anderen Moleküls verwendet, wodurch ein instabiles Zwischenprodukt entsteht und eine wichtige Konformationsänderung bewirkt wird.


Was ist Substratlevel-Phosphorylierung?

Im Gegensatz zur oxidativen Phosphorylierung Phosphorylierung auf Substratebene die Phosphorylierung nicht mit Oxidation koppelt, sondern die für die Phosphorylierung erforderliche freie Energie wird durch die chemische Energie bereitgestellt, die freigesetzt wird, wenn ein energiereicheres Substrat in ein energieärmeres Produkt umgewandelt wird. Die Phosphorylierung auf Substratebene findet im Zytoplasma von Zellen (Glykolyse) und in den Mitochondrien (Krebs-Zyklus) statt. Es kann sowohl unter aeroben als auch anaeroben Bedingungen auftreten und bietet im Vergleich zur oxidativen Phosphorylierung eine schnellere, aber weniger effiziente ATP-Quelle.

Diagramm, das den ATP-ADP-Zyklus bei der Phosphorylierung auf Substratebene zeigt. Klicken Sie für ein größeres Bild.


Zusammenfassung

Der Einfluss von Onkogenaktivierung und Hypoxie auf den Energiestoffwechsel wird analysiert, indem quantitative Messungen in ein redox-balanciertes metabolisches Flussmodell integriert werden. Es wurde festgestellt, dass die Glutamin-getriebene oxidative Phosphorylierung sogar in Onkogen-exprimierenden oder hypoxischen Zellen eine wichtige ATP-Quelle ist.

  • Die Integration von Sauerstoffaufnahmemessungen und LC-MS-basierten Isotopen-Tracer-Analysen in ein redox-balanciertes metabolisches Flussmodell ermöglichte die quantitative Bestimmung von Energieerzeugungswegen in kultivierten Zellen.
  • In transformierten Säugerzellen produziert die oxidative Phosphorylierung sogar bei Hypoxie (1% Sauerstoff) den Großteil des ATP.
  • Das Onkogen Ras erhöht gleichzeitig die Glykolyse und verringert die oxidative Phosphorylierung, was zu keiner Nettoerhöhung der ATP-Produktion führt.
  • Glutamin ist die Hauptquelle hochenergetischer Elektronen für die oxidative Phosphorylierung, insbesondere bei der Ras-Aktivierung.

Der Protonengradient

Der Protonengradient ist entscheidend für die chemiosmotische Kopplung von Elektronentransport und ATP-Synthese. Während Elektronen entlang der Atmungskette bewegt werden, werden Protonen über die innere Membran gepumpt, von der Matrix in den Intermembranraum, was zu einem elektrochemischen Protonengradienten führt. Die Kraft dieses Gradienten treibt Protonen durch die F0-Untereinheit der ATP-Synthase über die innere Membran in die Matrix zurück, was zur Aktivierung der F1-Untereinheiten und zur Synthese von ATP führt. Im Durchschnitt werden für jedes NADH ungefähr 3 ATPs synthetisiert und für jedes FADH2, werden ungefähr 2 ATPs synthetisiert. Die niedrigere ATP-Ausbeute für FADH2 resultiert aus dem kleineren Protonengradienten, der erzeugt wird, wenn Elektronen von FADH . abgegeben werden2. In diesem Fall werden die Elektronen an die Succinatdehydrogenase abgegeben, die beim Eintritt von Elektronen in das ETC keine Protonen pumpt, wodurch die NADH-Dehydrogenase und die Protonen, die sie durch die Membran pumpen würde, umgangen werden.


Abschnittszusammenfassung

ATP fungiert als Energiewährung für Zellen. Es ermöglicht der Zelle, Energie kurzzeitig zu speichern und innerhalb der Zelle zu transportieren, um endergonische chemische Reaktionen zu unterstützen. Die Struktur von ATP ist die eines RNA-Nukleotids mit drei angehängten Phosphaten. Da ATP zur Energiegewinnung verwendet wird, werden eine oder zwei Phosphatgruppen abgelöst und entweder ADP oder AMP produziert. Energie aus dem Glukosekatabolismus wird verwendet, um ADP in ATP umzuwandeln. Wenn ATP in einer Reaktion verwendet wird, wird das dritte Phosphat in einem als Phosphorylierung bezeichneten Prozess vorübergehend an ein Substrat gebunden. Die beiden Prozesse der ATP-Regeneration, die in Verbindung mit dem Glukosekatabolismus verwendet werden, sind die Phosphorylierung auf Substratebene und die oxidative Phosphorylierung durch den Prozess der Chemiosmose.