زنجیره تنفسی: آنزیم های کاربردی

همه واکنش های بیوشیمیایی در سلول از هر موجود با مصرف انرژی رخ می دهد. زنجیره تنفسی - دنباله سازه های خاص است که بر روی غشای داخلی میتوکندری قرار دارد و خدمت برای تشکیل ATP است. آدنوزین یک منبع همه کاره از انرژی است و می توانید 80 تا 120 کیلوژول تجمع می یابد.

زنجیره الکترون تنفسی - آنچه در آن است؟

الکترون و پروتون نقش مهمی در آموزش و پرورش انرژی دارد. آنها ایجاد اختلاف ولتاژ در طرف مقابل از غشاء میتوکندری است که به تولید یک حرکت کارگردانی از ذرات - در حال حاضر. زنجیره تنفسی (آن ETC، زنجیره انتقال الکترون) یک واسطه در انتقال ذرات با بار مثبت در فضای بین و ذرات با بار منفی در ضخامت غشای داخلی میتوکندری است.

نقش اصلی در شکل گیری انرژی متعلق به ATP-سنتاز. این مجموعه پیچیده ای از انرژی را تغییر می دهد جهت حرکت پروتون در روابط انرژی بیوشیمیایی است. به هر حال، تقریبا یکسان است به مجموعه در کلروپلاست گیاهان واقع شده است.

و مجتمع های از آنزیم های زنجیره تنفسی

انتقال الکترون است واکنش های بیوشیمیایی در حضور سیستم آنزیمی همراه است. این مواد فعال بیولوژیکی، بسیاری از نسخه های که تشکیل ساختارهای بزرگ و پیچیده، به عنوان واسطه در انتقال الکترون خدمت می کنند.

مجتمع های زنجیره تنفسی - اجزای اصلی حمل و نقل از ذرات باردار است. مجموع در غشاء داخلی میتوکندری 4 از شکل گیری، و همچنین ATP سنتاز می باشد. همه این ساختارها به اشتراک گذاشتن یک هدف مشترک - کاغذ بسته بندی و غیره انتقال الکترون از پروتون هیدروژن در فضای بین و به عنوان یک نتیجه، سنتز ATP.

این مجموعه یک مجموعه ای از مولکول های پروتئین، در میان است که آنزیم ها، ساختاری و پروتئین های پیام وجود دارد. هر یک از 4 مجتمع انجام تنها ویژگی، عملکرد خود آن است. بیایید ببینید که وظایف در ETC در حال حاضر این سازه ها.

پیچیده من

انتقال الکترون ها در داخل کشور، از غشای میتوکندری نقش اصلی توسط زنجیره تنفسی ایفا کرده است. واکنش حذف پروتون هیدروژن و الکترون همراه آنها - یکی از واکنش های اصلی و غیره. اولین مجموعه از زنجیره حمل و نقل فرض مولکول NAD * H + (در حیوانات) و NADP * H + (گیاهان)، پس از رخ و از چهار پروتون هیدروژن. در واقع، با توجه به این واکنش پیچیده بیوشیمیایی من نیز نامیده می شود NADH - دهیدروژناز (به نام آنزیم مرکزی).

ترکیب دهیدروژناز پروتئین آهن-گوگرد مجتمع شامل 3 نوع، و mononucleotide فلاوین (FMN).

پیچیده II

بهره برداری از این مجتمع می کند انتقال پروتون هیدروژن در فضای بین را شامل نیست. تابع اصلی از این ساختار است که به عرضه الکترون اضافی را به زنجیره انتقال الکترون با استفاده از اکسیداسیون سوکسینات. آنزیم های پیچیده مرکزی - اکسیدوردوکتاز سوکسینات-را ubiquinone، که کاتالیز رخ الکترونها از اسید succinic و انتقال به را ubiquinone چربی دوست است.

کننده از پروتون و الکترون هیدروژن به پیچیده دوم نیز FAD * H _2. با این حال، فلاوین آدنین دی نوکلئوتید بهره وری کمتر از آنالوگ های آن - NAD یا * NADP H * H.

ترکیب دوم شامل سه نوع از پروتئین آهن-گوگرد پیچیده و مرکزی سوکسینات آنزیم اکسیدوردوکتاز.

پیچیده III

جزء بعدی از حساب، و غیره شامل سیتوکروم b ₅₅₆ ب _560، و ج _1، و همچنین خطر پروتئین آهن-گوگرد. استخدام مجموعه سوم با انتقال دو پروتون هیدروژن در فضای بین همراه است، و الکترونها از را ubiquinone چربی دوست به سیتوکروم C.

ویژگی خطر از پروتئین است که آن را در چربی حل می شود. پروتئین های دیگر از این گروه که در مجتمع های زنجیره تنفسی، محلول در آب ملاقات کرد. این ویژگی موقعیت مولکول های پروتئین را در ضخامت غشاء داخلی میتوکندری تاثیر می گذارد.

مجموعه سوم از توابع به عنوان اکسیدوردوکتاز را ubiquinone-سیتوکروم c.

IV پیچیده

او پیچیده سیتوکروم اکسیدان است که به مقصد نهایی در و غیره. کار آن است که برای انتقال الکترون از سیتوکروم c برای اتم اکسیژن است. پس از آن اتم های O بار منفی با پروتون هیدروژن واکنش می دهد تا آب است. این آنزیم اصلی - سیتوکروم c اکسیژن اکسیدوردوکتاز.

ساختار پیچیده چهارم شامل سیتوکروم A، A _3، و دو اتم مس می باشد. نقش محوری در انتقال الکترون به اکسیژن رفت سیتوکروم _3. تعامل این ساختار است سرکوب سیانید نیتروژن و مونوکسید کربن، به یک معنا جهانی، آن را به خاتمه سنتز ATP و تخریب می شود.

را ubiquinone

را ubiquinone - یک ماده ای ویتامین مانند، یک ترکیب چربی دوست، که آزادانه در ضخامت غشاء حرکت می کند. زنجیره تنفسی میتوکندری نمی تواند بدون این ساختار را انجام دهید، به عنوان مثال. ک. این مسئول انتقال الکترون از مجتمع I و II به پیچیده III است.

را ubiquinone مشتق benzoquinone است. این ساختار ممکن است به طرح های در نامه Q یا LN به صورت مختصر (را ubiquinone چربی دوست) است. اکسیداسیون مولکول منجر به تشکیل از semiquinone - یک اکسید کننده قوی است که به طور بالقوه برای سلول خطرناک است.

ATP سنتاز

نقش اصلی در شکل گیری انرژی متعلق به ATP-سنتاز. این ساختار با استفاده از انرژی هدایت حرکت gribopodobnaya ذرات (پروتون) برای تبدیل آن به انرژی شیمیایی.

مراحل اساسی است که در سراسر ETC رخ می دهد - اکسیداسیون است. زنجیره تنفسی مسئول انتقال الکترون در غشاء میتوکندری ضخیم تر و تجمع آن ها در ماتریس است. به طور همزمان، مجتمع های I، III و IV است پروتون هیدروژن در فضای بین پمپ می شود. تفاوت شارژ در دو طرف غشاء به جنبش از پروتون منجر از طریق ATP سنتاز. از آنجا که H + را وارد کنید ماتریس، الکترون ها ملاقات (که با اکسیژن) به شکل یک ماده خنثی را برای سلول - آب.

ATP سنتاز F0 شامل و زیر واحد F1 که با هم مولکول روتر را تشکیل می دهند. F1 متشکل از سه سه زیر واحد آلفا و بتا، که با هم به صورت یک کانال. این کانال دقیقا همان قطر، که یک پروتون هیدروژن. با گذشت ذرات با بار مثبت از طریق سر ATP سنتاز F ₀ مولکول است 360 درجه به دور محور خود پیچ خورده است. در طول این زمان، به AMP یا ADP (adenozinmono- و دی فسفات) می مانده فسفات با اوراق قرضه با انرژی بالا، که مقدار زیادی از انرژی را احاطه کرده وصل شده است.

ATP سنتاز در بدن نه تنها در میتوکندری است. در گیاهان، این مجتمع نیز در غشاء و فرآیندهای غشایی از واکوئل (tonoplast)، و همچنین به عنوان ریزکیسه کلروپلاست واقع شده است.

همچنین در حیوانات سلول ها و ATPases گیاهی وجود دارند. آنها یک ساختار مشابه است که از ATP سنتاز، اما اقدام آنها در حذف باقی مانده فسفات به مصرف انرژی است.

معنای بیولوژیکی زنجیره تنفسی

در مرحله اول، در پایان واکنش ETC کالا به اصطلاح آب سوخت و ساز بدن (300-400 میلی لیتر در روز) است. در مرحله دوم، سنتز ATP و انرژی ذخیره سازی در اوراق قرضه بیوشیمیایی مولکول است. در روز 40-60 کیلوگرم آدنوزین سنتز شده است، و همان است که در سلول های واکنش های آنزیمی استفاده می شود. زندگی یک مولکول ATP 1 دقیقه است، به طوری که زنجیره تنفسی باید هموار عمل، با دقت و بدون خطا. در غیر این صورت، سلول خواهد مرد.

میتوکندری نیروگاه هر سلول در نظر گرفته. تعداد آنها بستگی به انرژی است که برای توابع خاص مورد نیاز است. به عنوان مثال، سلول های عصبی را می توان به 1000 میتوکندری که اغلب یک خوشه در سیناپسی به اصطلاح پلاک فرم شمارش است.

تفاوت بین زنجیره تنفسی در گیاهان و حیوانات

در گیاهان، اضافی "نیروگاه" از سلول کلروپلاست است. در غشای داخلی از این اندامکها نیز پیدا شده است ATP سنتاز، و این یک مزیت بیش از سلول های حیوانی است.

همچنین گیاه می تواند در غلظت های بالا از مونوکسید کربن، نیتروژن و سیانید با توجه به راه های مقاوم در برابر سیانید در و غیره زنده ماندن بنابراین زنجیره تنفسی در را ubiquinone، که از آن الکترون ها به طور مستقیم به اتم اکسیژن منتقل پایان می رسد. در نتیجه، کمتر ATP سنتز شده است، با این حال، این گیاه می تواند شرایط نامساعد زنده ماندن. حیوانات در چنین مواردی، قرار گرفتن در معرض طولانی مدت به مرگ است.

ما می توانیم بهره وری از NAD، FAD و مسیر مقاوم در برابر سیانید از طریق شکل گیری شاخص ATP در هنگام انتقال 1 الکترون مقایسه کنید.

• با NAD و NADP تشکیل شده توسط 3 مولکول ATP؛
• FAD با دو مولکول ATP تشکیل؛
• سیانید به شکل 1 پایدار مولکول ATP مسیر.

اهمیت تکاملی و غیره

برای تمام موجودات یوکاریوتی، منبع اصلی انرژی زنجیره تنفسی است. سنتز ATP بیوشیمی در سلول به دو نوع، فسفوریلاسیون سوبسترا و فسفوریلاسیون اکسیداتیو تقسیم شده است. ETC در سنتز از نوع دوم از انرژی، یعنی. E. با توجه به اکسیداسیون و کاهش واکنش استفاده می شود.

در موجودات پروکاریوتی ATP تنها در فسفوریلاسیون سوبسترا در مرحله گلیکولیز تشکیل شده است. قند شش کربن (ترجیحا گلوکز) که در چرخه واکنش، و سلول خروجی دو مولکول ATP دریافت می کند. این نوع انرژی در نظر گرفته می شود سنتز ابتدایی ترین، به عنوان مثال. K. یوکاریوت ها در طول فسفوریلاسیون اکسیداتیو تشکیل 36 مولکول ATP.

با این حال، این بدان معنا نیست که گیاهان و حیوانات امروز توانایی به سوبسترا فسفوریلاسیون از دست داده اند. تنها این نوع از سنتز ATP تنها یکی از سه مرحله از تولید انرژی در سلول بود.

گلیکولیز در یوکاریوت ها می گیرد در سیتوپلاسم سلول. همه آنزیم های لازم است که می تواند قند خون را به دو مولکول تقسیم وجود دارد پیرویک اسید به شکل 2 مولکول ATP است. همه مراحل بعدی را در ماتریس میتوکندری. چرخه کربس یا چرخه اسید tricarboxylic، همانطور که در میتوکندری رخ می دهد. این واکنش های زنجیره ای به عنوان یک نتیجه از آن سنتز NAD و FAD * H * H2 بسته است. این مولکولها به عنوان یک مصرفی در غیره استفاده می شود