Was ist Energiekupplung? Wie funktioniert es eigentlich? Hier finden Sie eine vollständige Anleitung zu allem, was Sie über die Energiekopplung wissen müssen.

Chemische Reaktionen können verschiedene Formen annehmen. Während einige dieser Reaktionen Energie benötigen, produzieren andere Energie. Zum Beispiel ist eine chemische Katabolismusreaktion diejenige, die Energie erzeugt, während eine Anabolismusreaktion diejenige ist, die Energie benötigt.

Also, was ist Energiekopplung? In diesem Artikel, Wir werden tiefer untersuchen, was Energiekopplung beinhaltet, sowie wie es funktioniert.

Aber das Wichtigste zuerst. Schauen wir uns zunächst die Definition der Energiekopplung an.

Was ist Energiekopplung?

Wenn wir von Energiekupplung sprechen, bezieht es sich auf den Prozess der Energieübertragung von einer Katabolismusreaktion zu einer chemischen Reaktion des Anabolismus. Es bezieht sich einfach auf den Prozess der Verwendung eines exergonischen Prozesses, um einen endergonischen Prozess zu erleichtern.Dies bedeutet, dass die Energie, die ein exergonischer Prozess freisetzt, verwendet wird, um einen endergonischen Prozess zu ermöglichen. In diesem Prozess ist ATP notwendig. Das ATP fungiert als Energiewährung für den Energiekupplungsprozess.

Im Wesentlichen wird das ATP in verschiedenen chemischen Reaktionen verwendet, die Energie benötigen, als Booster für diese Reaktionen.

In Organismen wird die Energiekupplung typischerweise basierend auf der ATP-Produktion und -Hydrolyse gezeigt. Katabole Reaktionen erzeugen das ATP, während das produzierte ATP die anabolen Reaktionen vorantreibt.Im Bereich der Elektronik bezieht sich die Energiekopplung entweder auf eine wünschenswerte oder eine unerwünschte Energieübertragung von einem Medium zu einem anderen — zum Beispiel die Energieübertragung von einer optischen Faser oder einem metallischen Kabel zu einem anderen Medium. Die Kopplung kann sich auch auf die Übertragung von elektrischer Energie zu einem anderen Schaltungsabschnitt von einem anderen Abschnitt beziehen.

Also, welche Rolle spielt das ATP in diesem Prozess?

Bevor wir darauf eingehen, welche Rolle das ATP bei der Energiekupplung spielt, wollen wir die Bedeutung einiger Begriffe in diesem Thema verstehen.

• Endergonische Reaktion: Der Begriff wird verwendet, um eine chemische Reaktion zu beschreiben, die Energie (Wärme) aus der Umgebung aufnimmt.
• Exergonische Reaktion: Dies beschreibt eine Reaktion, die Energie erzeugt oder an die Umwelt abgibt.
• Gibbs-freie Energie: Dies ist die maximale verfügbare Energie, die sich aus einem System unter konstantem Druck und konstanter Temperatur ergibt.
• Hydrolyse: Dies ist ein chemischer Zersetzungsprozess, bei dem die Bindung durch Wasserzugabe gespalten wird.
• ATP (Adenosintriphosphat): Eine chemische Verbindung (organisch), die zur Bereitstellung von Energie verwendet wird, die zahlreiche Prozesse in den Zellen lebender Organismen antreibt. Dazu gehören Dinge wie die Ausbreitung von Nervenimpulsen, Muskelkontraktionen, chemische Synthese und mehr.

Wie spielt ATP eine Rolle bei der Energiekupplung?

Nun, ATP in zellulären Prozessen wird typischerweise als die Energiewährung angesehen. Es bietet die Energie, die sowohl für endergonische (energieverbrauchende) Reaktionen als auch für exergonische (energieerzeugende) Reaktionen erforderlich ist, die einen geringen Energieeintrag für die Aktivierung benötigen.

Die für diese Reaktionen notwendige Energie wird erzeugt, wenn eine Reaktion die chemischen Bindungen im ATP aufbricht. Die aus der Reaktion erzeugte Energie kann genutzt werden, um zelluläre Prozesse voranzutreiben. Es ist gut zu beachten, dass je mehr Bindungen in einem Molekül vorhanden sind, desto höher ist das Energiepotential.Und da diese Bindungen im ATP leicht zu brechen und umzuwandeln sind, wirkt ATP ähnlich wie eine Batterie (wiederaufladbare), um verschiedene zelluläre Prozesse von der Proteinsynthese bis zur DNA-Replikation anzutreiben.

Eine wichtige Sache zu beachten ist jedoch, dass das ATP-Molekül sehr instabil ist. Daher sollte es so schnell wie möglich an die Arbeit gebracht werden, bevor es sich dissoziiert. Das ATP-Molekül löst sich auf natürliche Weise zu ADP + Pi auf und setzt dabei die freie Energie als Wärme frei.Den Prozess, durch den die Energie innerhalb dieser Bindungen des ATP nutzbar gemacht wird, bezeichnen wir als Energiekupplung. Dies bedeutet, dass ATP die treibende Kraft bei der Energiekupplung ist.

Aber wie viel Energie (freie Energie) wird auf natürliche Weise durch den ATP-Hydrolyseprozess erzeugt? Und wie viel von dieser Energie ist nützlich für die zelluläre Arbeit?

Nun, die Hydrolyse von genau einem Mol eines ATP-Moleküls, berechnet als ∆G (freie Energie), beträgt -7,3 kcal/mol (-30,5 kJ/mol). Dies ist nur unter Standardbedingungen möglich.

Auf der anderen Seite verdoppelt sich die ∆G (freie Energie) für die Hydrolyse in einer lebenden Zelle fast die Menge bei Standardeinstellungen. Das sind 14 kcal / Mol (-57 kJ / mol).

Funktionsweise der Energiekupplung

Natrium-Kalium-Pumpen

Die Natrium-Kalium-Pumpen können ein hervorragendes Beispiel für die Energiekupplung darstellen. Hier verbinden Zellen eine exergonische Reaktion (ATP-Hydrolyse) mit einer endergonischen Reaktion eines zellulären Prozesses.Zum Beispiel pumpen die in Nervenzellen vorhandenen Transmembran-Ionenpumpen Ionen durch Zellmembranen, um unter Verwendung der freien Energie von ATP ein Aktionspotential zu erzeugen. Eine Natrium-Kalium-Pumpe drückt Natrium (Na) aus einer Zelle und Kalium (K) in eine Zelle.

Die Hydrolyse des ATP-Moleküls hilft, sein Gammaphosphat durch den Phosphorylierungsprozess in die Proteinpumpe zu übertragen. Die Natrium-Kalium-Pumpe empfängt das ∆G (freie Energie), wodurch sie eine Konformationsänderung erfahren kann, bei der drei Natriumionen an die Außenseite der Zelle abgegeben werden.

Zwei extrazelluläre Kaliumionen (K+), die an das Protein gebunden sind, bewirken eine Veränderung der Form des Proteins und die Abgabe des Phosphats. Wenn freie Energie an die Natrium-Kalium-Pumpe gespendet wird, findet eine endergonische Reaktion statt.

Energiekupplung und Metabolismus

Im zellulären Metabolismus oder der Synthese und dem Abbau von Nährstoffen müssen bestimmte Moleküle leicht transformiert werden, um Substrate zu werden, die für bevorstehende Schritte in der Reihe von Reaktionen notwendig sind.

Während der ersten Zellatmungsschritte findet die Glykolyse (Abbau von Glukose) statt. Hier ist ATP für den Glucosephosphorylierungsprozess notwendig, der ein instabiles, aber energiereiches Zwischenprodukt erzeugt.

Die Phosphorylierungsreaktion bewirkt eine Transformationsänderung, durch die das „phosphorylierte Glucosemolekül“ unter Verwendung von Enzymen in „phosphorylierte Zuckerfructose“ umgewandelt wird.

Diese Fructose ist ein wichtiges Zwischenprodukt für den Glykolyseprozess. Hier wird die ATP-Hydrolyse, die eine exergonische Reaktion ist, mit einer endergonischen Reaktion (Umwandlung von Glucose) gekoppelt, um im Stoffwechsel verwendet zu werden.

Bedeutung der Energiekupplung

Der Hydrolyseprozess eines ATP-Moleküls erleichtert den Abbau von hochenergetischen Bindungen (Phosphatbindungen). Dabei werden hohe Energiemengen in exergonischer Form freigesetzt. Der Kopplungsprozess hilft, die erzeugte Energie in eine endergonische Form umzuwandeln, um sicherzustellen, dass die Energie nicht als Wärme verloren geht.

Die Kopplung erfolgt häufig über ein gegenseitiges Zwischenprodukt. Dies bedeutet, dass das Endprodukt einer bestimmten Reaktion aufgenommen und in einer anderen Reaktion als Reaktant verwendet wird.

Wenn der Kopplungsprozess ein ATP-Molekül umfasst, ist das übliche Zwischenprodukt in den meisten Fällen ein phosphoryliertes Molekül. Ein gutes Beispiel dafür, wie der Prozess funktioniert, ist die Herstellung von Saccharose aus Fructose und Glucose.

In diesem Fall erfordert die Bildung von Saccharose einen Energieeintrag: Sein ΔG beträgt innerhalb von Standardbedingungen etwa +27 Kj/ mol. Andererseits produziert eine ATP-Hydrolyse ungefähr -30kJ/mol innerhalb der Standardeinstellungen.

Dies bedeutet, dass die Energie, die der Prozess erzeugt, ausreicht, um den Energiebedarf bei der Synthese von Saccharosemolekülen zu decken.

Hier gibt es normalerweise zwei Reaktionen, darunter:

• Die Bildung eines Zwischenprodukts (phosphorylierte Glucose) durch eine energieverbrauchende Reaktion.
• Eine Reaktion zwischen dem Glucose-Zwischenprodukt und Fructose zur Herstellung von Saccharose ist die zweite. Da Glucose-P ziemlich instabil ist, ist diese Reaktion spontan und erzeugt Energie.

Schlussfolgerung zur Energiekupplung

Einige Reaktionen treten auf und setzen Energie frei, wie die Hydrolyse eines ATP-Moleküls. Auf der anderen Seite erfordern einige andere Reaktionen etwas Energie.

Die Energiekupplung ist notwendig, um sicherzustellen, dass die in der ersten Reaktion erzeugte Energie nicht als Wärme verschwendet wird.

Stattdessen kann es als Brennstoff für die zweite Reaktion verwendet werden, die Energie benötigt.

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