Respiratoriese ketting: funksionele ensieme

Alle biochemiese reaksies in die selle van enige organisme gaan voort met die uitgawes van energie. Die respiratoriese ketting is 'n volgorde van spesifieke strukture wat op die binnemembraan van die mitochondria geleë is en dien vir die vorming van ATP. Adenosientrifosfaat is 'n universele energiebron en kan op sigself van 80 tot 120 kJ ophoop.

Die respiratoriese ketting van elektrone - wat is dit?

Elektrone en protone speel 'n belangrike rol in die vorming van energie. Hulle skep 'n potensiële verskil aan die teenoorgestelde kante van die mitochondriale membraan, wat 'n gerigte beweging van deeltjies - stroom genereer. Die respiratoriese ketting (dit is ETC, die elektronoordragketting) is 'n tussenganger in die oordrag van positief gelaaide deeltjies in die intermembrane-spasie en negatief gelaaide deeltjies in die dikte van die binneste membraan van die mitochondria.

Die hoofrol in die vorming van energie behoort aan ATP-sintase. Hierdie komplekse kompleks verander die energie van die gerigte beweging van protone in die energie van biochemiese bindings. Terloops, 'n byna identiese kompleks word in chloroplaste van plante aangetref.

Komplekse en ensieme van die respiratoriese ketting

Die oordrag van elektrone word vergesel deur biochemiese reaksies in die teenwoordigheid van 'n ensimatiese apparaat. Hierdie biologies aktiewe stowwe, waarvan talle kopieë groot komplekse strukture vorm, dien as tussengangers in die oordrag van elektrone.

Die respiratoriese ketting komplekse is die sentrale komponente van die vervoer van gelaaide deeltjies. In totaal is daar 4 sulke formasies in die binneste membraan van die mitochondria, sowel as ATP-sintase. Al hierdie strukture word verenig deur 'n gemeenskaplike doelwit - die oordrag van elektrone deur die ETC, die oordrag van waterstof protone in die intermembrane ruimte en gevolglik die sintese van ATP.

Die kompleks is 'n groep proteïenmolekules, waaronder ensieme, strukturele en seinproteïene. Elk van die 4 komplekse vervul sy eie funksie, wat eie is aan dit. Kom ons kyk vir watter take in die ETC daar is hierdie strukture.

Ek kompleks

By die oordrag van elektrone in die dikte van die mitochondriale membraan speel die respiratoriese ketting die hoofrol. Die reaksies van die detachering van waterstof protone en hul meegaande elektrone is een van die sentrale reaksies van die ETC. Die eerste kompleks van die vervoerketting neem die molekules NAD * H + (in diere) of NADP * H + (in plante) oor, gevolg deur die splitsing van vier protone waterstof. Eintlik, as gevolg van hierdie biochemiese reaksie, word ek kompleks ook NADH dehidrogenase genoem (met die naam van die sentrale ensiem).

Die samestelling van die dehidrogenase-kompleks sluit in ystertekorte proteïene van 3 spesies, sowel as flavinmononukleotiede (FMN).

II kompleks

Die werk van hierdie kompleks is nie geassosieer met die oordrag van waterstof protone in die intermembrane ruimte nie. Die belangrikste funksie van hierdie struktuur is om bykomende elektrone aan die elektronvervoerketting te verskaf deur die succina te oksideer. Die sentrale ensiem van die kompleks is succinaat-ubiquinoon-oksidoreduktase, wat die eliminasie van elektrone uit biesiesuur kataliseer en na lipofiele ubiquinoon oorgedra word.

Die verskaffer van waterstof en elektron protone na die tweede kompleks is ook FAD * H ₂ . Die effektiwiteit van flavin adenien dinukleotied is egter minder as dié van die analoge - NAD * H of NADP * H.

Die samestelling van die II-kompleks sluit in drie tipes yster-swael proteïene en 'n sentrale ensiemsuksinaat-oksidoreduktase.

III kompleks

Die volgende komponent, die ETC, bestaan uit sitochrome b ₅₅₆ , B ₅₆₀ en c ₁ , sowel as ystertekort proteïen Riske. Die werk van die derde kompleks word geassosieer met die oordrag van twee protone van waterstof in die intermembrane ruimte, en elektrone van die lipofiele ubiquinoon op sitochroom C.

'N Kenmerk van die proteïen Risiko is dat dit in vet oplos. Ander proteïene van hierdie groep wat in die respiratoriese kettingkomplekse gevind is, is wateroplosbaar. Hierdie eienskap beïnvloed die posisie van proteïenmolekules in die dikte van die binneste membraan van die mitochondria.

Die derde kompleks funksioneer as ubiquinoon-sitochroom-c-oksidoreduktase.

IV kompleks

Dit is ook 'n sitochroom-oksidant-kompleks, is die finale punt in die ETC. Sy werk is om die elektron van sitochroom-c na suurstofatome oor te dra. Vervolgens sal negatief gelaaide O atome met waterstof protone reageer om water te vorm. Die hoof ensiem is sitochroom-C-suurstof-oksidoreduktase.

Die vierde kompleks sluit sitochrome a, 'n ₃ en 2 koperatome in. Sitochroom ₃ speel 'n sentrale rol in die oordrag van 'n elektron na suurstof. Die interaksie van hierdie strukture word onderdruk deur stikstofsianied en koolstofmonoksied, wat in globale sin lei tot die staking van die sintese van ATP en die dood.

ubiquinone

Ubiquinoon is 'n vitamienagtige stof, 'n lipofiele verbinding wat vrylik in die dikte van die membraan beweeg. Die respiratoriese ketting van mitochondria kan nie sonder hierdie struktuur wees nie, aangesien dit verantwoordelik is vir die vervoer van elektrone vanaf komplekse I en II na kompleks III.

Ubiquinoon is 'n benzoquinonederivaat. Hierdie struktuur op die skemas kan aangedui word deur die letter Q of afgekorte LU (lipofiele ubiquinoon). Oksidasie van die molekule lei tot die vorming van sewe-kinoon - 'n sterk oksideermiddel wat potensieel gevaarlik vir die sel is.

ATP sintase

Die hoofrol in die vorming van energie behoort aan ATP-sintase. Hierdie sampioenvormige struktuur gebruik die energie van die gerigte beweging van deeltjies (protone) om dit te omskep in die energie van chemiese bindings.

Die hoofproses wat deur die ETC voorkom, is oksidasie. Die respiratoriese ketting is verantwoordelik vir die oordrag van elektrone in die dikte van die mitochondriale membraan en hul akkumulasie in die matriks. Terselfdertyd, komplekse I, III en IV pomp protone van waterstof in die intermembrane ruimte. Die verskil in ladings aan die kante van die membraan lei tot die rigting van die protone deur ATP-sintase. Dus val H + in die matriks, ontmoet elektrone (wat met suurstof geassosieer word) en vorm 'n neutrale stof vir die selwater.

Die ATP sintase bestaan uit F0 En F1 subeenhede, wat saam 'n molekule router vorm. F1 bestaan uit drie alfa en drie beta subeenhede, wat saam 'n kanaal vorm. Hierdie kanaal het presies dieselfde deursnee as wat die protone van waterstof het. Wanneer positief gelaaide deeltjies deur die ATP sintase beweeg, draai die molekuul se kop F ₀ 360 grade om sy as. Gedurende hierdie tyd word fosforresidue geheg aan AMP of ADP (adenosien en difosfaat) met behulp van makroergiese bindings, waarin 'n groot hoeveelheid energie ingesluit word.

ATP sintases word nie net in mitochondria in die liggaam gevind nie. In plante is hierdie komplekse ook op die membraan van vakuole (tonoplast), sowel as op die filakse van chloroplast.

Ook in die selle van diere en plante is daar ATP-ase. Hulle het 'n soortgelyke struktuur, soos in ATP-sintases, maar hul optrede is daarop gerig om splitsing van fosforresidue met die uitgawes van energie.

Biologiese betekenis van die respiratoriese ketting

Eerstens is die eindproduk van ETC-reaksies die sogenaamde metaboliese water (300-400 ml per dag). Tweedens, vind ATP sintese plaas en word energie in die biochemiese bindings van hierdie molekule gestoor. In 'n dag word 40-60 kg adenosientrifosfaat gesintetiseer en dieselfde hoeveelheid word gebruik in die ensimatiese reaksies van die sel. Die leeftyd van een ATP-molekule is 1 minuut, dus moet die respiratoriese ketting glad, duidelik en sonder foute werk. Andersins sal die sel sterf.

Mitochondria word beskou as die kragstasies van enige sel. Hul getal hang af van die energiekoste wat vir sekere funksies benodig word. Byvoorbeeld, in neurone kan tot 1000 mitochondria getel word, wat dikwels 'n groep in die sogenaamde sinaptiese gedenkplaat vorm.

Verskille in die respiratoriese ketting in plante en diere

In plante is die bykomende "energie stasie" van die sel die chloroplast. ATP-sintase is ook op die binnemembraan van hierdie organelle aangetref, en dit is 'n voordeel bo dierselle.

Ook plante kan oorleef in toestande van hoë konsentrasie koolmonoksied, stikstof en sianiede as gevolg van 'n sianied-weerstandige pad in die ETC. Die respiratoriese ketting eindig dus in ubiquinoon, waarvan die elektrone dadelik na suurstofatome oorgedra word. As gevolg daarvan word minder ATP gesintetiseer, maar die plant kan nadelige toestande oorleef. Diere in sulke gevalle met langdurige blootstelling sterf.

Dit is moontlik om die doeltreffendheid van NAD, FAD en sianied-stabiele paaie te vergelyk deur middel van die ATP produksie indeks vir die oordrag van 1 elektron.

• Met NAD of NADP het 3 molekules ATP gevorm;
• Met VAD word twee molekules ATP gevorm;
• Een molekule ATP word gevorm langs die sianied-stabiele weg.

Evolusionêre waarde van ETC

Vir alle eukariotiese organismes is een van die hoofbronne van energie die respiratoriese ketting. Biochemie van ATP sintese in 'n sel is verdeel in twee tipes: substraat fosforilering en oksidatiewe fosforilering. ETC word gebruik in die sintese van energie van die tweede tipe, dit wil sê as gevolg van oksidasie-reduksie reaksies.

In prokariotiese organismes word ATP slegs gevorm in die proses van substraat fosforilering in die glikolise stadium. Ses koolstof suikers (hoofsaaklik glukose) is betrokke by 'n siklus van reaksies, en by die uitgang ontvang die sel 2 molekules ATP. Hierdie tipe energie sintese word beskou as die mees primitiewe, aangesien in die eukariotiese proses 36 ATP molekules gevorm word in die proses van oksidatiewe fosforilering.

Dit beteken egter nie dat moderne plante en diere die vermoë verloor het om fosforilering te onderdruk nie. Eenvoudig is hierdie tipe ATP-sintese slegs een van die drie stadiums van die verkryging van energie in die sel.

Glikolise in eukariote slaag in die sitoplasma van die sel. Daar is al die nodige ensieme wat glukose kan verdeel tot twee molekules pyrodruursuur met die vorming van 2 molekules ATP. Al die volgende stadiums slaag in die matriks van mitochondria. Die Krebs-siklus, of siklus van trikarboksielsure, kom ook voor in die mitochondria. Dit is 'n geslote ketting van reaksies, waardeur NAD * H en FAD * H2 gesintetiseer word. Hierdie molekules gaan as 'n verbruikbare materiaal in die ETC.