Αναπνευστική αλυσίδα: λειτουργική ένζυμα

Όλα βιοχημικές αντιδράσεις στα κύτταρα οποιουδήποτε οργανισμού συμβεί με ενεργειακή δαπάνη. Αναπνευστική αλυσίδα - μια αλληλουχία συγκεκριμένες δομές που βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων και εξυπηρετούν για τον σχηματισμό του ΑΤΡ. Η αδενοσίνη είναι ένα ευέλικτο πηγή ενέργειας και μπορεί να συσσωρεύονται τα 80 έως 120 kJ.

Αναπνευστική αλυσίδα ηλεκτρονίων - τι είναι αυτό;

Τα ηλεκτρόνια και πρωτόνια να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή εκπαίδευση. Δημιουργούν μια διαφορά τάσης στις αντίθετες πλευρές της μεμβράνης των μιτοχονδρίων που δημιουργεί ένα κατευθυνόμενη κίνηση των σωματιδίων - τρέχουσα. Αναπνευστική αλυσίδα (το ETC, αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων) είναι ένας μεσολαβητής στη μεταβίβαση των θετικά φορτισμένων σωματιδίων στο χώρο intermembrane και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια στο πάχος της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων.

Το κύριο ρόλο στο σχηματισμό της ενέργειας ανήκει στο ΑΤΡ-συνθετάσης. Αυτό το περίπλοκο σύνολο της ενέργειας μεταβάλλει την κατεύθυνση της κίνησης πρωτονίων στις βιοχημικές ενεργειακών δεσμών. Με την ευκαιρία, είναι σχεδόν πανομοιότυπο με το συγκρότημα βρίσκεται στους χλωροπλάστες των φυτών.

Και σύμπλοκα των ενζύμων αναπνευστικής αλυσίδας

Η μεταφορά ηλεκτρονίων συνοδεύεται από βιοχημικές αντιδράσεις στην παρουσία του ενζυμικού συστήματος. Αυτές οι βιολογικά δραστικές ουσίες, πολλά αντίγραφα των οποίων σχηματίζουν μεγάλες πολύπλοκες δομές, χρησιμεύουν ως ενδιάμεσοι στην μεταφορά ηλεκτρονίων.

Σύμπλοκα της αναπνευστικής αλυσίδας - είναι κεντρικές συνιστώσες της μεταφοράς των φορτισμένων σωματιδίων. Συνολική στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη 4 είναι τέτοιου σχηματισμού, καθώς και συνθάσης ΑΤΡ. Όλες αυτές οι δομές έχουν έναν κοινό στόχο - ETC περιτύλιγμα μεταφοράς ηλεκτρονίων των πρωτονίων υδρογόνου στο intermembrane χώρο και, κατά συνέπεια, τη σύνθεση του ΑΤΡ.

Το συγκρότημα είναι ένα σύμπλεγμα μορίων πρωτεΐνης, μεταξύ των οποίων υπάρχουν ένζυμα, δομικές πρωτεΐνες και σηματοδότησης. Κάθε ένα από τα 4 συμπλοκών που πληρούν μόνο χαρακτηριστικό, η λειτουργία του του. Ας δούμε ποια καθήκοντα σχετικά με τη ETC παρουσιάζουν αυτές τις δομές.

συμπλόκου Ι

Η μεταφορά των ηλεκτρονίων στο εσωτερικό του κύριου ρόλου μιτοχονδριακή μεμβράνη παίζεται από την αναπνευστική αλυσίδα. αντίδραση απομάκρυνσης των πρωτονίων υδρογόνου και των ηλεκτρονίων που τους συνοδεύουν - ένα από τα κύρια αντιδράσεων ΚΛΠ Ένα πρώτο σύνολο της αλυσίδας μεταφοράς υποθέτει μόριο του NAD * H + (στα ζώα) ή NADP * Η + (φυτά), ακολουθούμενη από διάσπαση των τεσσάρων πρωτονίων υδρογόνου. Στην πραγματικότητα, λόγω της αυτό το συγκρότημα βιοχημική αντίδραση Ι καλείται επίσης NADH - αφυδρογονάση (ονομάζεται κεντρικό ένζυμο).

Οι αφυδρογονάσης σύνθετες πρωτεΐνες σιδήρου-θείου σύνθεση περιλαμβάνουν 3 είδη, και φλαβίνη μονονουκλεοτίδιο (FMN).

συγκρότημα ΙΙ

Η λειτουργία αυτού του συμπλόκου δεν συνεπάγεται τη μεταβίβαση των πρωτονίων υδρογόνου στο intermembrane χώρο. Η κύρια λειτουργία αυτής της δομής είναι να παρέχει επιπλέον ηλεκτρόνια στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων μέσω οξείδωσης ηλεκτρικό. Κεντρική ένζυμο σύμπλοκο - ηλεκτρικό-ουβικινόνη οξειδορεδουκτάσης, το οποίο καταλύει τη διάσπαση των ηλεκτρονίων από ηλεκτρικό οξύ και μεταφορά σε ουβικινόνη είναι λιπόφιλη.

Προμηθευτής πρωτονίων υδρογόνου και των ηλεκτρονίων στο δεύτερο σύμπλοκο είναι επίσης FAD * _Η2. Ωστόσο, αδενίνης φλαβίνης αποτελεσματικότητα δινουκλεοτίδιο μικρότερη από εκείνη από τα ανάλογά της - NAD ή NADP * H * H.

Η σύνθεση II αποτελείται από τρία είδη συμπλόκου πρωτεϊνών σιδήρου-θείου και κεντρική ένζυμο οξειδορεδουκτάσης ηλεκτρικό.

σύνθετη III

Το επόμενο συστατικό του λογαριασμού, ETC αποτελείται από κυτοχρώματος b ₅₅₆ b _560, και c _1, καθώς και πρωτεΐνη Κινδύνου σιδήρου-θείου. Η απασχόληση του τρίτου σετ σχετίζεται με τη μεταφορά των δύο πρωτονίων υδρογόνου στην intermembrane χώρο, και τα ηλεκτρόνια από το λιπόφιλο ουβικινόνη προς κυτόχρωμα C.

χαρακτηριστικό Κίνδυνος πρωτεΐνης είναι ότι διαλύεται στο λίπος. Άλλες πρωτεΐνες αυτής της ομάδας που συναντήθηκαν στα σύμπλοκα της αναπνευστικής αλυσίδας, υδατοδιαλυτά. Αυτό το χαρακτηριστικό επηρεάζει τη θέση των πρωτεϊνικών μορίων στο πάχος της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης.

Η τρίτη ομάδα λειτουργεί ως οξειδοαναγωγάση ubiquinone-κυτοχρώματος c.

σύνθετη IV

Ο κυτοχρώματος-οξειδωτικό συγκρότημα που είναι ο τελικός προορισμός του Κ.Λ.Π. Δουλειά του είναι να μεταφέρει ηλεκτρόνια από το κυτόχρωμα c για τα άτομα οξυγόνου. Ακολούθως αρνητικώς φορτισμένα άτομα O θα αντιδράσει με τα πρωτόνια υδρογόνου προς σχηματισμό ύδατος. Το κύριο ένζυμο - κυτοχρώματος c οξειδοαναγωγάση οξυγόνου.

Η δομή του τέταρτου συγκρότημα περιλαμβάνει κυτοχρώματος Α, Α _3, και δύο άτομα χαλκού. Το κεντρικό ρόλο στην μεταφορά ηλεκτρονίων στο οξυγόνο πήγε κυτόχρωμα ένα _3. Η αλληλεπίδραση αυτών των δομών καταστέλλεται κυανιούχο άζωτο και μονοξείδιο του άνθρακα, σε μια παγκόσμια έννοια, οδηγεί στον τερματισμό της σύνθεσης ΑΤΡ και καταστροφή.

ubiquinone

Ubiquinone - μια βιταμίνη-όπως ουσία, μία λιπόφιλη ένωση, η οποία κινείται ελεύθερα στο πάχος της μεμβράνης. μιτοχονδριακής αναπνευστικής αλυσίδας δεν μπορεί να κάνει χωρίς αυτή τη δομή, δηλ. k. Είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά ηλεκτρονίων από τα σύμπλοκα Ι και II σε πολύπλοκες III.

Ουβικινόνη είναι ένα παράγωγο βενζοκινόνης. Αυτή η δομή μπορεί να αναφέρεται στο έγγραφο Σχήματα Q ή συντετμημένο LN (λιπόφιλη ubiquinone). Η οξείδωση του μορίου οδηγεί στο σχηματισμό του ημικινόνης - ένα ισχυρό οξειδωτικό, το οποίο είναι εν δυνάμει επικίνδυνες για το κύτταρο.

συνθάσης ATP

Το κύριο ρόλο στο σχηματισμό της ενέργειας ανήκει στο ΑΤΡ-συνθετάσης. Αυτή η δομή χρησιμοποιεί gribopodobnaya ενέργειας κατευθυνόμενη κίνηση των σωματιδίων (πρωτόνια) για να το μετατρέψει σε χημική ενέργεια.

Η βασική διαδικασία που συμβαίνει σε ολόκληρη την ETC - είναι η οξείδωση. Η αναπνευστική αλυσίδα είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά ηλεκτρονίων στη μιτοχονδριακή μεμβράνη παχύτερο και τη συσσώρευσή τους στη μήτρα. Ταυτόχρονα, τα σύμπλοκα του Ι, III και IV αντλείται πρωτονίων υδρογόνου στο intermembrane χώρο. διαφορά φορτίου στις πλευρές της μεμβράνης οδηγεί σε κατεύθυνσης κίνηση των πρωτονίων μέσω της συνθάσης ΑΤΡ. Δεδομένου H + εισέλθουν στην μήτρα, τα ηλεκτρόνια πληρούνται (που σχετίζονται με οξυγόνο) για να σχηματίσει μια ουδέτερη ουσία για το κύτταρο - νερού.

ΑΤΡ συνθάσης F0 αποτελείται από και υπομονάδες F1 τα οποία μαζί σχηματίζουν το μόριο δρομολογητή. F1 αποτελείται από τρία τρία άλφα και βήτα υπομονάδες, οι οποίες μαζί σχηματίζουν ένα κανάλι. Αυτό το κανάλι έχει ακριβώς την ίδια διάμετρο, οι οποίες έχουν ένα πρωτονίων υδρογόνου. Με το πέρασμα των θετικά φορτισμένων σωματιδίων μέσα από την κεφαλή συνθάσης ΑΤΡ F ₀ μόρια συστρέφεται κατά 360 μοίρες γύρω από τον άξονά του. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, σε ΑΜΡ ή ADP (adenozinmono- και διφωσφορικού) είναι προσαρτημένα φωσφορικό κατάλοιπο με ένα υψηλής ενέργειας ομόλογα, τα οποία περιβάλλουν το μεγάλο ποσό ενέργειας.

συνθάσης ATP βρίσκονται στο σώμα, όχι μόνο στα μιτοχόνδρια. Στα φυτά, τα σύμπλοκα αυτά βρίσκονται επίσης πάνω στην μεμβράνη των κενοτοπίων (τονοπλάστη), καθώς και τα θυλακοειδή χλωροπλάστη.

Επίσης σε ζωικά κύτταρα και φυτικά ΑΤΡάσες είναι παρόντες. Έχουν μια παρόμοια δομή με εκείνη της συνθάσης ΑΤΡ, αλλά η δράση τους κατευθύνεται στην εξάλειψη των υπολειμμάτων φωσφορικού στις δαπάνες της ενέργειας.

Η βιολογική σημασία της αναπνευστικής αλυσίδας

Πρώτον, τα ακραία αντιδράσεις ETC προϊόν είναι το λεγόμενο μεταβολικό νερό (300-400 ml ανά ημέρα). Δεύτερον, η σύνθεση του ΑΤΡ και της αποθήκευσης ενέργειας σε βιοχημικές ομόλογα του μορίου. Την ημέρα 40-60 kg αδενοσίνης συντίθεται, και η ίδια χρησιμοποιείται σε ενζυματικές αντιδράσεις κύτταρα. Η διάρκεια ζωής ενός μορίου ΑΤΡ είναι 1 λεπτό, έτσι ώστε η αναπνευστική αλυσίδα πρέπει να λειτουργεί ομαλά, με ακρίβεια και χωρίς σφάλματα. Σε αντίθετη περίπτωση, το κύτταρο θα πεθάνει.

Τα μιτοχόνδρια θεωρούνται σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από οποιοδήποτε κύτταρο. Ο αριθμός τους εξαρτάται από την ενέργεια που απαιτείται για ορισμένες λειτουργίες. Για παράδειγμα, οι νευρώνες μπορεί να μετρηθεί μέχρι και 1000 μιτοχόνδρια τα οποία συχνά σχηματίζουν ένα σύμπλεγμα στη συναπτική λεγόμενη πλάκα.

Διαφορές μεταξύ της αναπνευστικής αλυσίδας σε φυτά και ζώα

Στα φυτά, ένα επιπλέον «εργοστάσια παραγωγής ενέργειας» του κυττάρου είναι ένα χλωροπλάστη. Από την εσωτερική μεμβράνη αυτών των οργανιδίων βρίσκονται επίσης συνθάσης ΑΤΡ, και αυτό είναι ένα πλεονέκτημα σε σχέση με τα ζωικά κύτταρα.

Επίσης τα φυτά μπορούν να επιβιώσουν σε υψηλές συγκεντρώσεις του μονοξειδίου του άνθρακα, του αζώτου και κυανιούχο λόγω κυανιούχο ανθεκτικά τρόπο στο ΚΛΠ Αναπνευστική αλυσίδα τελειώνει έτσι σε ουβικινόνη, από το οποίο τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται απευθείας στα άτομα οξυγόνου. Ως αποτέλεσμα, λιγότερη ΑΤΡ συντίθεται, ωστόσο, το φυτό μπορεί να επιβιώσει αντίξοες συνθήκες. Ζώα σε τέτοιες περιπτώσεις, παρατεταμένη έκθεση για να πεθάνει.

Μπορούμε να συγκρίνουμε την αποτελεσματικότητα της NAD, FAD και κυανιούχο ανθεκτικά διαδρομής μέσω του σχηματισμού δείκτη ΑΤΡ κατά τη μεταφορά 1 ηλεκτρονίου.

• με NAD ή NADP που σχηματίζεται από 3 μόρια ΑΤΡ?
• FAD σχηματίζεται με δύο μόρια ΑΤΡ?
• κυανιούχου σχηματίζει 1 βιώσιμη μόριο διαδρομή ΑΤΡ.

Η εξελικτική σημασία της ETC

Για όλους τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, μια σημαντική πηγή ενέργειας είναι η αναπνευστική αλυσίδα. σύνθεση ΑΤΡ Βιοχημεία στο κύτταρο διαιρείται σε δύο τύπους, φωσφορυλίωση του υποστρώματος και οξειδωτική φωσφορυλίωση. ETC χρησιμοποιείται στη σύνθεση του δεύτερου τύπου της ενέργειας, δηλ. Ε Λόγω αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.

Σε προκαρυωτικούς οργανισμούς ΑΤΡ σχηματιστεί μόνο σε φωσφορυλίωση υπόστρωμα στο στάδιο γλυκόλυση. σάκχαρα Έξι-άνθρακα (κατά προτίμηση γλυκόζη) που εμπλέκονται στον κύκλο της αντίδρασης, και το κύτταρο εξόδου λαμβάνει δύο μόρια ΑΤΡ. Αυτό το είδος της ενέργειας θεωρείται ότι είναι το πιο πρωτόγονο σύνθεση, δηλ. Κ ευκαρυωτικά κατά τη διάρκεια της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης που σχηματίζεται 36 μόρια ΑΤΡ.

Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι η σημερινή φυτά και τα ζώα έχουν χάσει την ικανότητα να υπόστρωμα φωσφορυλίωσης. Ακριβώς αυτός ο τύπος σύνθεσης ΑΤΡ ήταν το μόνο από τα τρία στάδια της παραγωγής ενέργειας στο κύτταρο.

Η γλυκόλυση στα ευκαρυωτικά λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Υπάρχουν όλες οι απαραίτητες ένζυμα που μπορούν να διασπάσουν τη γλυκόζη σε δύο μόρια πυρουβικού οξέος γιά να σχηματισθεί 2 μόρια ΑΤΡ. Όλα τα μετέπειτα στάδια λαμβάνουν χώρα στη μιτοχονδριακή μήτρα. Krebs κύκλος ή κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος, όπως συμβαίνει στα μιτοχόνδρια. Αυτό το κλειστό αλυσιδωτές αντιδράσεις, ως αποτέλεσμα της οποίας συνθέσει NAD και Παροχή * H * H2. Αυτά τα μόρια θα χρησιμοποιηθούν ως αναλώσιμο in, κλπ