Lanț respirator: enzime funcționale

Toate reacțiile biochimice din celulele oricărui organism apar cu consumul de energie. lanț respirator - structuri de secvențe specifice care sunt situate pe membrana interioara a mitocondriilor si servesc pentru formarea de ATP. Adenozina este o sursă de energie versatil și se poate acumula 80 la 120 kJ.

lanțul respirator de electroni - ce este?

Electronii și protonii joacă un rol important în educația energetică. Ele creează o diferență de tensiune pe laturile opuse ale membranei mitocondriilor care generează o mișcare direcționată a particulelor - curent. lanț respirator (l ETC, lanț de transport de electroni) este un mediator în transferul de particule încărcate pozitiv în spațiul intermembrane și particulele încărcate negativ în grosimea membranei interioare a mitocondriilor.

Rolul principal în formarea de energie aparține ATP-sintaza. Acest set complex de energie modifică direcția de mișcare a protonului în legăturile energetice biochimice. Apropo, este aproape identic cu complexul este situat în cloroplaste de plante.

Și complecși ai enzimelor lanțului respirator

transferul de electroni este însoțită de reacții biochimice în prezența sistemului enzimatic. Aceste substanțe biologic active, mai multe copii ale care formează structuri complexe mari, servesc ca intermediari în transferul de electroni.

Complecșii lanțului respirator - sunt componente centrale ale transportului de particule încărcate. Total în membrana mitocondrială interior 4 sunt de o asemenea formare, precum și ATP-sintaza. Toate aceste structuri un obiectiv comun - transferul de electroni de ambalaj ETC de protoni de hidrogen în spațiul intermembrane și, în consecință, sinteza de ATP.

Complexul este un grup de molecule de proteine, printre care sunt enzime, structurale și proteine de semnalizare. Fiecare dintre cele 4 grupuri care îndeplinesc numai ei caracteristic, funcția. Să vedem ce sarcini în ETC prezenta aceste structuri.

complex I

Transferul de electroni în interiorul rolul principal membranei mitocondriale este jucat de lanțul respirator. reacția Eliminarea protoni de hidrogen și electroni care le însoțesc - una dintre principalele reacții ETC. Un prim set de lanț de transport presupune molecula de NAD * H + (la animale) sau NADP * H + (plante), urmată de scindarea patru protoni de hidrogen. De fapt, datorită acestei reacții biochimice complexe I este, de asemenea, numit NADH - dehidrogenaza (numită enzimă centrală).

Compozitia dehidrogenază proteine complexe fier-sulf includ 3 tipuri și mononucleotidă flavin (FMN).

complex al II-lea

Funcționarea acestui complex nu implică transferul de protoni de hidrogen în spațiul intermembrane. Funcția principală a acestei structuri este de a furniza electroni suplimentare lanțului de transport de electroni prin oxidare succinat. complex enzimatic central - succinat-ubiquinone oxidoreductaza, care catalizează scindarea electronilor din acid succinic și transferul la ubichinonă este lipofil.

Furnizor de protoni de hidrogen si electroni la al doilea complex este de asemenea FAD * _H2. Cu toate acestea, eficiența flavin adenin dinucleotid mai mică decât cea a analogilor săi - NAD sau NADP * H * H.

Compoziția II constă din trei tipuri de proteine complexe de fier-sulf și centrale succinat enzimă oxidoreductaza.

complex III

Următoarea componentă a contului, ETC este format din citocromul b ₅₅₆ b _560, și c _1, precum și proteine de Risc fier-sulf. Angajarea al treilea set este asociat cu transferul de doi protoni de hidrogen în spațiul intermembrane și electronii din ubichinonă lipofilă la citocromul C.

caracteristică Riscul de proteine este că se dizolvă în grăsime. Alte proteine ale acestui grup care sa întâlnit în complexele ale lanțului respirator, solubil în apă. Această caracteristică afectează poziția moleculelor proteice în grosimea membranei mitocondriale.

Al treilea set de funcții ca ubichinonă-citocrom c oxidoreductaza.

IV complexe

El complex citocromul-oxidant, care este destinația finală în ETC. Rolul său este de a transfera electronii de la citocromului c pentru atomii de oxigen. Ulterior atomii O sarcină negativă va reacționa cu protoni de hidrogen pentru a forma apa. Principala enzimă - c citocromul oxidoreductaza oxigen.

Structura patrulea complex include citocrom a, _3, și doi atomi de cupru. Rolul central în transferul de electroni la oxigen a fost Citocromul _3. Interacțiunea acestor structuri este suprimata cianura de azot și monoxid de carbon, într-un sens global, aceasta conduce la încetarea sintezei ATP și distrugerii.

ubichinonă

Ubiquinone - o substanta asemanatoare vitaminelor, un compus lipofil, care se mișcă liber în grosimea membranei. lanțul respirator mitocondrial nu se poate face fără această structură, adică. k. Acesta este responsabil pentru transportul de electroni din complexele I și II la complexul III.

Ubiquinone este un derivat benzochinonă. Această structură poate fi menționată în scrisoarea Schemele Q sau LN abreviată (ubichinona lipofilă). Oxidarea moleculei conduce la formarea de semiquinone - un oxidant puternic, care este potențial periculoasă pentru celulă.

ATP sintaza

Rolul principal în formarea de energie aparține ATP-sintaza. Această structură folosește mișcare gribopodobnaya energie dirijată a particulelor (protoni) pentru convertirea în energie chimică.

Procesul de bază care are loc pe tot ETC - este oxidarea. Lanțul respirator este responsabil pentru transportul de electroni în membrana mitocondrială mai groase și acumularea lor în matrice. Simultan, complecșii I, III și IV este pompat protoni de hidrogen în spațiul intermembrane. diferența de sarcină pe laturile membranei conduce la mișcarea direcțională a protonilor prin sintetazei ATP. Deoarece H + intra în matrice, sunt îndeplinite electroni (care sunt asociate cu oxigen) pentru a forma o substanță neutră pentru celula - apa.

ATP sintaza F0 constă din și subunitățile F1 care formează împreună molecula router. F1 este format din trei trei subunități alfa și beta, care împreună formează un canal. Acest canal are exact același diametru, care au un protoni de hidrogen. Odată cu trecerea particulelor incarcate pozitiv prin capul sintetazei ATP F ₀ molecule este răsucită cu 360 de grade în jurul axei sale. În acest timp, la AMP sau ADP (adenozinmono- și difosfat) sunt atașate rest de fosfat cu legături de mare energie, care înconjoară cantitatea mare de energie.

ATP sintaza se găsesc în organism, nu numai in mitocondrie. La plante, aceste complexe sunt de asemenea situate pe membrana vacuolelor (tonoplast), precum și tilacoid cloroplastici.

De asemenea, în celule animale și vegetale ATPases sunt prezente. Ei au o structură similară cu cea a sintetazei ATP, dar acțiunea lor este îndreptată asupra eliminării resturilor fosfat la cheltuielile de energie.

Semnificația biologică a lanțului respirator

În primul rând, reacțiile finale ETC produs este apa metabolică așa-numita (300-400 ml pe zi). În al doilea rând, sinteza ATP și stocarea energiei în obligațiuni biochimice ale moleculei. La zi 40-60 kg adenozina este sintetizat, și același lucru este utilizat în celulele reacții enzimatice. Durata de viață a unei molecule de ATP este de 1 minut, astfel încât lanțul respirator trebuie să funcționeze fără probleme, cu precizie și fără erori. În caz contrar, celula va muri.

Mitocondriile sunt considerate centrale electrice de orice celulă. Numărul lor depinde de energia pe care sunt necesare pentru anumite funcții. De exemplu, neuronii pot fi numărate până la 1000 de mitocondrii care formează adesea un cluster în sinaptice așa-numita placă.

Diferențele dintre lanțul respirator la plante și animale

La plante, un „centrale electrice“ suplimentare ale celulei este cloroplast. Pe membrana interioara a acestor organite sunt, de asemenea, a constatat ATP sintaza, iar acesta este un avantaj față de celulele animale.

De asemenea, plantele pot supraviețui în concentrații ridicate de monoxid de carbon, azot și cianură datorită mod rezistent la cianură în ETC. lanțul respirator se termină astfel, la ubiquinone, din care electronii sunt transferate direct la atomii de oxigen. Ca rezultat, este sintetizat mai puțin ATP, cu toate acestea, planta poate supraviețui în condiții adverse. Animale în astfel de cazuri, expunerea prelungită la moară.

Putem compara eficienta NAD, FAD și calea rezistentă la cianură prin formarea indicatorului ATP atunci când transferul de electroni 1.

• cu NAD sau NADP format din 3 molecule de ATP;
• FAD este format cu două molecule de ATP;
• de cianură formează o moleculă durabilă cale ATP.

semnificație evolutiva a ETC

Pentru toate organismele eucariote, o importantă sursă de energie este lanțul respirator. sinteza ATP Biochimie in celula este împărțit în două tipuri, de fosforilare a substratului și fosforilare oxidativă. ETC este utilizat în sinteza celui de al doilea tip de energie, adică. E. Din cauza reacțiilor redox.

În organismele procariote ATP format numai în fosforilarea substratului în etapa glicolizei. zaharuri șase carbon (preferabil glucoza) implicat în ciclul de reacție, iar celula de ieșire primește două molecule de ATP. Acest tip de energie este considerat a fi sinteza cea mai primitivă, adică. K. eucariotele în timpul fosforilării oxidative format 36 molecule ATP.

Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că plantele și animalele de astăzi și-au pierdut capacitatea de a fosforilare a substratului. Doar acest tip de sinteza ATP a fost singura din cele trei etape ale producției de energie în celulă.

Glicolizei în eucariotelor are loc în citoplasmă celulei. Sunt toate enzimele necesare care pot scindează glucoza la două molecule de acid piruvic , pentru a forma 2 molecule de ATP. Toate etapele ulterioare au loc în matricea mitocondrială. ciclul Krebs sau ciclul acidului tricarboxilic, așa cum apare în mitocondrie. Acest închis reacții în lanț, ca rezultat al care sintetizează NAD și FAD * H * H2. Aceste molecule vor fi folosite ca un consumabil în ETC.