שרשרת נשימה: אנזימים פונקציונליים

כל התגובות הביוכימיות בתאים של כל אורגניזם להתרחש עם הוצאה אנרגטית. שרשרת נשימה - מבנים ספציפיים רצף הנמצאים על הקרום הפנימי של המיטוכונדריה ומגישים ליצירת ATP. אדנוזין הוא מקור תכליתי של אנרגיה יכול לצבור את 80 עד 120 kJ.

שרשרת אלקטרוני נשימה - מה זה?

אלקטרונים ופרוטונים לשחק תפקיד חשוב בחינוך אנרגיה. הם יוצרים פרש מתח משני צדי מתרס של הממברנה של המיטוכונדריה שמיוצרת תנועה בבימויו של החלקיקים - הנוכחית. שרשרת הנשימה (זה ETC, שרשרת העברת אלקטרונים) הוא מתווך בהעברת חלקיקים בעלי מטען חשמלי חיובי במרחב intermembrane וחלקיקים טעונים שלילית של עובי הקרום הפנימי של המיטוכונדריה.

תפקידה העיקרי ביצירת האנרגיה שייך synthase-ATP. מערך מורכב זה של אנרגיה משנה את הכיוון של תנועת הפרוטון בקשרי האנרגיה ביוכימית. אגב, הוא כמעט זהה המתחם ממוקם ב כלורופלסטים של צמחים.

ומתחמים של אנזימי שרשרת הנשימה

העברת אלקטרונים מלווה תגובות ביוכימיות בנוכחות מערכת האנזים. אלה חומרים פעילים ביולוגית, רבים שעותקים ממנה ליצור מבנים מורכבים גדול, לשמש כמתווכים להעברת אלקטרונים.

מתחמי שרשרת הנשימה - הם מרכיבים מרכזיים של התחבורה של חלקיקים טעונים. סך קרום המיטוכונדריה הפנימית 4 הם של היווצרות כאלה, כמו גם ה- ATP synthase. כל המבנים הללו חולקים מטרה משותפת - גלישת ETC העברת אלקטרונים מפרוטונים מימן בחלל intermembrane, וכתוצאה מכך, הסינתזה של ATP.

המתחם נמצא מקבץ של מולקולות חלבון, וביניהם ישנם אנזימים, חלבונים מבניים איתות. כל אחד 4 המתחמים במילוי שלה רק המאפיין, הפונקציה שלו. בואו לראות אילו משימות ETC להציג מבנים אלה.

מורכב לי

העברת האלקטרונים הפנים של התפקיד הראשי קרום המיטוכונדריה הוא שיחק על ידי שרשרת הנשימה. אלימינציה של פרוטונים ואלקטרונים מימן המלווה אותם - אחת התגובות העיקריות וכו סט הראשון של שרשרת תובלה מניחה מולקולה של + NAD * H (בחיות) או NADP * H + (צמחים), ואחריו המחשוף של ארבעה פרוטונים מימן. למעשה, עקב תגובה ביוכימית מורכבת זו אני נקרא גם NADH - דהידרוגנז (בשם אנזים מרכזי).

החלבונים מורכבים דהידרוגנז הרכב ברזל-גופרית כוללים 3 סוגים, ו פלבין mononucleotide (FMN).

קומפלקס II

מבצע של מורכבות זו אינה כרוכה בהעברת פרוטונים מימן בחלל intermembrane. הפונקציה העיקרית של מבנה זה היא לספק אלקטרונים נוספים בשרשרת העברת אלקטרונים באמצעות חמצון succinate. קומפלקס האנזים מרכזי - oxidoreductase succinate-ubiquinone, אשר מזרז את המחשוף של אלקטרונים מחומצה והעברת succinic כדי ubiquinone הוא lipophilic.

הספק של פרוטונים ואלקטרונים מימן למתחם השני הוא גם FAD * H _2. עם זאת, פלבין יעיל dinucleotide אדנין פחות מזו של אנלוגים שלה - NAD או NADP * H * H.

הרכב השני מורכב משלושה סוגים של חלבוני ברזל-גופרית מורכבות succinate אנזים oxidoreductase המרכזי.

מורכבות III

המרכיב הבא של החשבון, וכו 'מורכב ב ציטוכרום ₅₅₆ ב _560, ו ג _1, כמו גם סיכוני חלבון ברזל-גופרית. התעסוקה של קבוצה שלישית קשורה להעברת שני פרוטונים מימן בחלל intermembrane, ואלקטרונים מן ubiquinone lipophilic כדי ציטוכרום C.

תכונה של חלבון סיכונים היא שזה מתמוסס בשומן. חלבונים אחרים בקבוצה הזו כי פגשה את מתחמי שרשרת הנשימה, מסיסים במים. תכונה זו משפיעה על מעמדה של מולקולות חלבון העובי של קרום המיטוכונדריה הפנימי.

הסט השלישי של פונקציות כמו oxidoreductase ג ubiquinone-ציטוכרום.

IV המורכב

הוא מורכב ציטוכרום-אוקסידנטית כי היא היעד הסופי וכו תפקידו הוא להעביר אלקטרונים ציטוכרום c עבור אטומי חמצן. לאחר מכן מטען שלילי אטומי O יגיבו עם פרוטוני מימן ליצירת מים. האנזים העיקרי - חמצן oxidoreductase ציטוכרום c.

המבנה של המתחם הרביעי כולל ציטוכרום, _3, ושני אטומים נחושת. תפקידה המרכזי של העברת אלקטרונים לחמצן הלך ציטוכרום _3. האינטראקציה של מבנים אלה היא מדוכאת ציאניד חנקן ופחמן חד-חמצני, במובן הגלובלי, זה מוביל סיום סינתזה ATP והרס.

ubiquinone

Ubiquinone - חומר דמוי ויטמין, תרכובת lipophilic, אשר נע בחופשיות עובי הקרום. שרשרת הנשימה במיטוכונדריה לא יכול לעשות בלי המבנה הזה, כלומר. k. הוא אחראי על העברת אלקטרונים מן מתחמי I ו- II כדי מורכבים III.

Ubiquinone הוא נגזר benzoquinone. מבנה זה עשוי להיות מכונה במכתב סכימות Q או LN מקוצר (ubiquinone lipophilic). חמצון של המולקולה מוביל להיווצרות של semiquinone - מחמצן חזק, אשר עלול להיות מסוכן עבור התא.

ה- ATP synthase

תפקידה העיקרי ביצירת האנרגיה שייך synthase-ATP. מבנה זה משתמש בתנועה מכוונת אנרגיה gribopodobnaya של חלקיקים (פרוטונים) כדי להמיר אותו לאנרגיה כימית.

התהליך הבסיסי המתרחש ברחבי ETC - הוא חמצון. שרשרת הנשימה אחראית העברת אלקטרונים בתוך קרום המיטוכונדריה והצטברותם העבה במטריצה. במקביל, תסביכים שאני, III ו- IV נשאבים פרוטונים מימן בחלל intermembrane. הבדל תשלום על צידי הממברנה מוביל לתנועה כיוונית של פרוטונים דרך ATP synthase. מאז H + להיכנס מטריקס, אלקטרונים מתקיימים (המשויכים חמצן) עד ליצירת מרקם נייטרלי עבור התא - מים.

F0 ה- ATP synthase מורכב ו יחידות משנה F1 אשר יחד מהווים את מולקולת הנתב. F1 מורכב משלושה שלוש יחידות משנת אלפא וביתא, שיחד מהוות ערוץ. לערוץ זה יש קוטר זהה בדיוק, אשר יש פרוטונים מימן. עם חלוף חלקיקים בעלי מטען חשמלי חיובי דרך הראש ה- ATP synthase F ₀ מולקולות הוא מעוות על ידי 360 מעלות סביב צירה. במהלך תקופה זו, כדי AMP או ADP (adenozinmono- ו דיפוספט) מחוברים שאריות פוספט עם אג"ח בעלות אנרגיה גבוהה, אשר מקיפים את כמות גדולה של אנרגיה.

ה- ATP synthase נמצאת בגוף, לא רק במיטוכונדריה. בצמחים, מתחמים אלה ממוקמים גם על הקרום של וקואולות (tonoplast), כמו גם את תילקואיד הכלורופלסט.

גם חיה תאים ATPases צמח נוכחים. יש להם מבנה דומה לזה של ה- ATP synthase, אולם פעולתם מכוונת על חיסול שאריות פוספט אל ההוצאה של אנרגיה.

המשמעות הביולוגית של שרשרת הנשימה

ראשית, התגובות ETC המוצר הסופי הוא מים המטבולי (300-400 מ"ל ליום). שנית, הסינתזה של אחסון ATP ואנרגיה באג"ח ביוכימיים של המולקולה. באותו יום 40-60 אדנוזין ק"ג מסונתז, ואותו משמש בתאים תגובות אנזימטיות. חייו של מולקולה אחת של ATP הוא 1 דקה, כך שרשרת הנשימה חייבת לפעול בצורה חלקה, מדויקת וללא טעויות. אחרת, התא ימות.

המיטוכונדריה נחשב תחנות כוח של כל תא. מספרם תלוי האנרגיה הנדרשת עבור פונקציות מסוימות. לדוגמה, נוירונים ניתן לספור עד 1000 המיטוכונדריה אשר לעתים קרובות מהווים צביר של הסינפטי שנקרא פלאק.

הבדלים בין שרשרת הנשימה בצמחים ובבעלי חיים

בצמחים, תוספת "תחנות כוח" של התא היא הכלורופלסט. על הקרום הפנימי של אברונים אלה נמצאים גם ה- ATP synthase, וזה יתרון על פני תאים מן החי.

כמו כן צמחים יכולים לשרוד ריכוזים גבוהים של פחמן חד-חמצני, חנקן וציאניד בשל הדרך עמידים בציאניד וכו שרשרת הנשימה ובכך מסתיים ubiquinone, שממנו אלקטרונים מועברים ישירות אטומים של חמצן. כתוצאה מכך, פחות ATP מסונתז, לעומת זאת, הצמח יכול לשרוד בתנאים קשים. בעלי חיים במקרים כאלה, חשיפה ממושכת למות.

אנחנו יכולים להשוות את היעילות של NAD, FAD ו- נתיב עמיד ציאניד דרך היווצרות אינדיקטור ATP בעת העברת 1 אלקטרונים.

• עם NAD או NADP שהוקמה על ידי 3 מולקולות של ATP;
• FAD נוצרת עם שתי מולקולות של ATP;
• ציאניד טפסי 1 מולקולת ATP נתיב בר קיימא.

המשמעות האבולוציונית של ETC

במשך כל האורגניזמים איקריוטיים, מקור עיקרי של אנרגיה הוא שרשרת הנשימה. סינתזת ATP ביוכימיה בתא מחולקת לשני סוגים, זירחון מצע ואת זרחון חמצונים. ETC משמש לסינתזה של סוג האנרגיה השני, כלומר. E. בשל חיזור תגובות.

באורגניזמים פרוקריוטים ATP נוצר רק בזירחון המצע בשלב הגליקוליזה. שישה הפחמן סוכרים (רצוי גלוקוז) המעורבים במחזור התגובה, ואת תא הפלט מקבל שתי מולקולות של ATP. סוג של אנרגיה זו נחשב הסינתזה הפרימיטיבית ביותר, כלומר. ק אאוקריוטים במהלך זרחון חמצונים נוצרו 36 מולקולות ATP.

עם זאת, אין זה אומר כי צמחים ובעלי חיים של היום איבדו את היכולת למצע זירחון. רק סוג זה של סינתזת ATP היה רק אחד מהשלושה השלבים של הפקת אנרגיה בתא.

הגליקוליזה אאוקריוטים מתרחש בציטופלסמה של התא. ישנם כל האנזימים הדרושים שיכולים לבקע גלוקוז לשתי מולקולות של פירובט ליצירת 2 מולקולות של ATP. כל הצעדים הבאים מתקיימים מטריקס המיטוכונדריה. מחזור קרבס או מחזור חומצת tricarboxylic, כפי שמתרחש המיטוכונדריה. זה סגור לתגובות שרשרת כתוצאה אשר לסנתז NAD ו- H2 * FAD * H. מולקולות אלה ישמשו בתור מתכלים וכו