세포가 에너지를 얻는 화학적 결합 방법

신진대사를 위한 화학적 겹합을 통한 에너지 사용

식물과 조류, 일부 세균은 광합성을 통해 햇빛의 에너지를 수확하고 방사 에너지를 화학 에너지로 변환합니다. 이러한 유기체는 화학 에너지를 동일하게 사용하는 다른 몇 가지 생물과 함께 자기 영양소("자기 영양소")라고 불립니다. 그 외의 모든 생물은, 자기 영양소가 만들어내는 에너지에 근거해 생활해, 헤테로 영양소(「타인에 의해 길러진다」)라고 불리고 있습니다. 지구상 생물의 최소 95% - 모든 동물, 곰팡이, 그리고 대부분의 원생생물과 세균은 헤테로트로프입니다.

식품 중의 화학 에너지는 어디에 있고, 헤테로트로프는 어떻게 그것을 수확해, 많은 생활 과제를 수행하는가(그림 9.2)? 대부분의 식품에는 다양한 탄수화물, 단백질, 지방이 포함되어 있으며, 모두 에너지를 포함한 화학 결합이 풍부합니다. 예를 들어 탄수화물과 지방은 탄소-수소(C-H)와 탄소-산소(C-O) 결합을 많이 갖습니다. 이 복잡한 유기 혼합물에서 에너지를 추출하는 일은 단계적으로 임합니다. 먼저 효소는 큰 분자를 소화라고 불리는 작은 분자로 분해합니다. 그런 다음 다른 효소들은 이러한 조각들을 조금씩 분해하여 각 단계에서 C-H나 다른 화학 결합으로부터 에너지를 얻습니다. 이 과정은 이화작용이라고 불립니다.

식품의 많은 성분에서 에너지를 얻는 한편 우선 탄수화물의 이화작용에 초점을 맞추는 것이 전통적입니다. 6탄소의 당인 포도당(C6H12O6)은 화학결합이 에너지를 위해 단계적으로 수확되기 때문에 우리는 그것을 따릅니다. 나중에 다시 와서 단백질과 지방의 이화 작용을 알아보겠습니다.

 

세포가 에너지를 얻는 화학적 결합 방법

세포호흡

화학 결합의 에너지는 공유 결합을 구성하는 전자에 의해 담지되는 잠재력 에너지로 가시화될 수 있습니다. 세포는 전자를 작동시킴으로써 이 에너지를 수확하고 종종 세포의 에너지 통화인 ATP를 생성합니다. 그 후, 에너지가 고갈된 전자(수소 원자로서의 양성자에 관련되는 전자)를 다른 분자에 기증합니다. 산소가스(O2)가 수소 원자를 받아들이면 물이 생성되고, 그 과정을 호기호흡이라고 부릅니다. 산소 이외의 무기 분자가 수소를 받아들일 때 그 과정을 혐기성 호흡이라고 합니다. 유기 분자가 수소 원자를 받아들일 때 그 과정은 발효라고 불립니다. 화학적으로는 세포 내 탄수화물의 이화작용과 벽난로에서의 목재 연소에는 거의 차이가 없습니다. 두 경우 모두 반응물질은 탄수화물과 산소이고, 생성물은 이산화탄소, 물 그리고 에너지

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energy (heat or ATP)

 

이 반응에서 자유에너지의 변화는 세포 내에서 발견된 조건에서 포도당 몰당 -720kcal(-3012kzul)이다(전통적인 값은 -686kcal 또는 -2870kJ). 실온 및 압력 분위기 등 자유 에너지의 이러한 변화는 주로 포도당 분자 내의 6개의 C-H 결합이 파괴된 것에 기인합니다. 음의 부호는 반응물보다 자유 에너지가 적다는 것을 나타냅니다. 포도당이 분해되어도 연소해도 같은 양의 에너지가 방출되지만, 연소하면 대부분의 에너지는 열로 방출됩니다. 이 열은 세포 내에서 일하기 위해 사용할 수 없습니다. 포도당 등 음식 분자의 이화에서 유용한 에너지를 수확하는 세포 능력의 핵심은 에너지의 일부를 더 유용한 형태로 변환하는 것. 세포는 에너지의 일부를 사용하여 세포 활동에 힘을 주는 분자인 ATP의 생성을 촉진함으로써 이를 수행합니다.

 

 

ATP 분자

아데노신 삼인산(ATP)은 세포의 에너지 통화로 호흡 중 포착된 에너지를 세포 내 에너지를 사용하는 많은 부위에 전달하는 분자입니다. ATP는 어떻게 그렇게 쉽게 에너지를 전달할 수 있을까요? 8장부터 ATP는 유기염기(아데닌)에 결합된 당(리보스)과 3개의 인산기 사슬로 구성되어 있음을 기억하십시오. 그림 9.3에 나타난 바와 같이 각 인산기는 음전하입니다. 전하가 서로 반발하듯이 연결된 인산기는 그것들을 결합하는 결합을 강요하기 때문입니다. 마치 쥐 잡는 것처럼,
연결된 인산염은 그것들의 정전 반발 에너지를 저장합니다. 인산기를 다른 분자로 옮김으로써 ATP의 정전기 스프링을 완화하는 동시에 인산화된 분자의 스프링을 고정합니다. 그 후 이 분자는 에너지를 사용하여 일을 필요로 하는 어떤 변화를 경험할 수 있습니다.

 

세포가 ATP를 사용하는 방법

세포는 ATP를 사용하여 작업이 필요한 활동의 대부분을 수행합니다. 가장 눈에 띄는 것은 움직임입니다. 몇몇 박테리아는 배가 프로펠러를 돌려 움직이는 것과 마찬가지로 꼬리 같은 긴 편모를 빠르게 회전시켜 물속을 날아다닙니다. 당신이 배아로 발달하는 동안 많은 세포가 돌아다니며 서로를 기어다니며 새로운 위치에 도달했습니다. 움직임도
세포 내에서 발생합니다. 근육 세포 내의 작은 섬유는 근육이 수축하면 서로 끌어당깁니다. 미토콘드리아는 다리와 척추를 연결하는 좁은 신경세포를 따라 1m 이상을 통과합니다. 염색체는 세포 분열 중에 미세소관에 의해 당겨집니다. 세포에 의한 이러한 운동은 모두 ATP 에너지의 소비를 필요로 합니다.

세포가 ATP를 사용하는 두 번째 주요 방법은 엔데르고닉 반응을 촉진하는 것입니다. 세포 합성 활동의 대부분은 건물 분자가 에너지를 필요로 하기 때문에 엔데르고닉입니다. 이러한 반응 생성물의 화학 결합은 반응물보다 더 많은 에너지를 포함하고 있거나 더 조직화되어 있습니다. 반응은 그 여분의 에너지가 반응에 공급될 때까지 진행할 수 없습니다. 이 필요한 에너지를 공급하는 것이 ATP입니다.

 

ATP가 엔데르고닉(endergonic)반응을 촉진하는 방법

ATP는 어떻게 엔도로닉 반응을 일으키나요? endergonic 반응을 촉매하는 효소는 그 표면에 두 개의 결합 부위가 있는데 하나는 반응물용이고 다른 하나는 ATP용이다. ATP 부위는 ATP 분자를 분열시켜 7kcal(30kJ) 이상의 화학 에너지를 방출함. 이 에너지는 두 번째 부위의 반응물을 '상승'시켜 엔도르고닉 반응을 촉진합니다. (마찬가지로, 수영장 내의 물도 중력이 자연적으로 상승하는 것을 막고 있음에도 불구하고 공중에서 똑바로 뛸 수 있습니다.수영장 안에서 점프하세요! 당신이 가하는 에너지는 물을 억제하는 중력의 힘을 보충합니다.)

ATP 분자의 분열이 세포 내에서 반응을 필요로 하는 에너지를 구동할 때 반응의 두 부분(ATP 분열과 엔도르고닉)은 동시에 일어납니다. 경우에 따라서는 두 부분은 모두 같은 효소의 표면상에서 발생합니다.그것들은 물리적으로 결합되어 있거나 두 다리가 걷도록 '결합'되어 있습니다. 다른 경우는 ATP로부터의 고에너지 인산이 엔도르고닉을 촉매하는 단백질에 부착합니다. 프로세스를 기동합니다. 이처럼 ATP의 분열에 대한 반응을 필요로 하는 에너지를 결합하는 것은 에너지를 관리하기 위한 중요한 도구 중 하나입니다.

이산화탄소와 물에 대한 포도당의 이화작용은 포도당 1몰당 약 720kcal(3012kJ)의 에너지를 방출합니다. 이 에너지는 ATP에 포착되고 ATP는 하전된 인산기를 서로 가까이에서 연결해 에너지를 저장합니다. ATP의 인산 결합이 가수분해되면 에너지가 방출되어 일을 할 수 있습니다.