Respiratoriske kjeden: funksjonelle enzymer

Alle biokjemiske reaksjoner i cellene i enhver organisme oppstå med energiforbruket. Respiratoriske kjeden - en sekvens-spesifikke strukturer som er plassert på den indre membran av mitokondrier og tjener til dannelsen av ATP. Adenosin er en allsidig energikilde og kan samle de 80 til 120 kJ.

Åndedretts elektron kjede - hva er det?

Elektroner og protoner spille en viktig rolle i energi utdanning. De skaper en spenningsforskjell på motsatte sider av membranen av mitokondrier som genererer en rettet bevegelse av partiklene - strøm. Respiratoriske kjeden (den ETC, elektrontransportkjeden) er en mediator ved overføring av positivt ladede partikler i intermembranrommet og negativt ladede partikler i tykkelsen av den indre membranen til mitokondriene.

Den viktigste rolle i dannelsen av energi tilhører den ATP-syntase. Dette komplekst sett av energi endrer retning av proton bevegelse i de biokjemiske energi-bånd. For øvrig, er nesten identisk til komplekset er lokalisert i kloroplastene av planter.

Og komplekser av respirasjonskjeden enzymene

Elektronoverføring er ledsaget av biokjemiske reaksjoner i nærvær av enzymsystemet. Disse biologisk aktive stoffer, mange kopier av hvilken danne store komplekse strukturer, tjene som mellomledd ved overføring av elektroner.

Komplekser av respirasjonskjeden - er sentrale komponenter av transporten av ladede partikler. Total i den indre mitokondrie-membran 4 er av en slik formasjon, samt ATP syntase. Alle disse konstruksjoner har et felles mål - innpakning ETC elektron overføring av hydrogen protoner i intermembranrommet, og, som en konsekvens, syntesen av ATP.

Komplekset er en klynge av proteinmolekyler, blant disse er enzymer, struktur og signaliseringsproteiner. Hver av de 4 komplekser oppfylle sitt bare sin karakteristikk, funksjon. La oss se hvilke oppgaver i ETC presentere disse strukturene.

jeg kompleks

Overføringen av elektroner i det indre av mitokondriemembranen hovedrollen spilles av at den respiratoriske kjeden. Eliminasjonsreaksjon av hydrogen protoner og elektroner som følger dem - en av hovedreaksjonene ETC. Et første sett av transportkjeden som går ut molekyl av NAD * H + (hos dyr) eller NADP * H + (planter), fulgt av spaltning av de fire hydrogen protoner. Faktisk, på grunn av dette komplekse biokjemiske reaksjon I er også kalt NADH - dehydrogenase (kalt sentral enzym).

Komposisjons dehydrogenase-komplekset jern-svovel-proteiner omfatter 3 typer, og flavinmononukleotid (FMN).

II kompleks

Operasjon av dette komplekset ikke involverer overføring av hydrogen protoner i intermembranrommet. Hovedfunksjonen til denne strukturen er å forsyne flere elektroner til elektrontransportkjeden ved hjelp av succinat oksydasjon. Sentralenzymkompleks - succinat-ubiquinon oksidoreduktase, som katalyserer spalting av elektroner fra ravsyre og overføring til ubikinon er lipofilt.

Leverandør av hydrogen protoner og elektroner til det andre komplekset er også FAD * _H2. Imidlertid flavinadenindinukleotid effektivitet mindre enn den av dets analoger, - NAD eller NADP * H * H.

Sammensetningen II består av tre typer komplekse jern-svovel-proteiner og sentral oksidoreduktase-enzym-succinat.

III-kompleks

Den neste komponenten i betraktning, ETC består av cytokrom b ₅₅₆ b _560, og c er _1, så vel som jern-svovel-proteiner Risk. Anvendelsen av det tredje settet er assosiert med overføringen av to hydrogen protoner i intermembranrommet, og elektroner fra det lipofile ubiquinon til cytokrom C.

Fare funksjon av protein er at det løser seg i fett. Andre proteiner av denne gruppen som møtte i kompleksene ifølge den respiratoriske kjeden, vannløselige. Dette trekk påvirker plasseringen av proteinmolekylene i tykkelsen av den indre mitokondrie-membran.

Det tredje sett med funksjoner som ubiquinon-cytokrom c oksidoreduktase.

komplekset IV

Han cytokrom antioksidant kompleks som er den endelige destinasjonen i ETC. Dens oppgave er å overføre elektroner fra cytokrom c for oksygenatomene. Deretter negativt ladede O-atomer vil reagere med hydrogen protoner under dannelse av vann. Hoved enzym - cytokrom c oksidoreduktase oksygen.

Strukturen av den fjerde Komplekset inneholder cytokrom a, a _3, og to kobberatomer. Den sentrale rolle ved overføring av elektroner til oksygen gikk cytokrom et _tre. Interaksjonen av disse strukturene undertrykkes nitrogen cyanid og karbonmonoksyd, i et globalt måte, da den fører til opphør av ATP-syntese og ødeleggelse.

ubiquinone

Ubiquinon - en vitaminlignende substans, en lipofil forbindelse, som beveger seg fritt i tykkelsen av membranen. mitokondrie respiratoriske kjeden kan ikke uten denne strukturen, dvs. k. Den er ansvarlig for elektrontransport fra kompleksene I og II til III-komplekset.

Ubikinon er et benzokinon-derivat. Denne strukturen kan bli referert til i skjema Q brev eller forkortet LN (lipofile ubiquinon). Oksydasjonen av molekylet fører til dannelsen av semiquinone - en sterk oksydant, som er potensielt farlig for cellen.

ATP syntase

Den viktigste rolle i dannelsen av energi tilhører den ATP-syntase. Denne konstruksjon anvender gribopodobnaya energi rettet bevegelse av partikler (protoner) for å konvertere den til kjemisk energi.

Den grunnleggende prosessen som oppstår i løpet av ETC - er oksidasjon. Den respiratoriske kjeden er ansvarlig for elektrontransport på mitokondriemembranen tykkere og deres akkumulering i matrisen. Samtidig blir komplekser av I, III og IV pumpet hydrogen protoner i intermembranrommet. ladningsforskjell på sidene av membranen fører til retningsbevegelse av protoner inn i ATP-syntase. Siden H + går inn i matrisen, blir elektroner oppfylt (som er knyttet til oksygen) for å danne en nøytral substans for cellen - vann.

ATP syntase F0 består av og F1-subenheter som sammen danner ruter molekylet. F1 består av tre tre alfa- og beta-underenheter, som sammen danner en kanal. Denne kanalen har nøyaktig den samme diameter, som har et hydrogen protoner. Med passering av positivt ladde partikler gjennom det ATP-syntase hodet F _0-molekyler blir vridd ved 360 grader rundt sin egen akse. I løpet av denne tiden, til AMP eller ADP (adenozinmono- og difosfat) er festet fosfat rest med en høy-energi-bindinger, som omgir den store mengde energi.

ATP syntase er funnet i kroppen, ikke bare i mitokondriene. I planter er disse kompleksene også plassert på membranen i vakuoler (tonoplast), så vel som kloroplasten thylakoids.

Også i dyreceller og plante ATPaser er til stede. De har en lignende struktur som den for den ATP-syntetase, men deres virkning er rettet på eliminering av fosfat residiene til det forbruk av energi.

Den biologiske betydning av respirasjonskjeden

For det første ende produkt ETC reaksjoner er den såkalte metabolske vann (300-400 ml per dag). For det andre, syntesen av ATP og energilagring i biokjemiske bindinger av molekylet. På dag 40-60 kg adenosin er syntetisert, og det samme benyttes i enzymatiske reaksjoner celler. Livet til ett molekyl ATP er 1 minutt, så det respiratoriske kjeden må operere jevnt, nøyaktig og uten feil. Ellers vil cellen dø.

Mitokondrier anses kraftverk av en celle. Deres antall er avhengig av energien som er nødvendig for visse funksjoner. For eksempel kan nevroner telles opp til 1000 mitokondrier som ofte danner en klynge i den synaptiske såkalt plakk.

Forskjeller mellom den respiratoriske kjeden i planter og dyr

I planter er en ekstra "kraftverk" av cellen er en kloroplast. På den indre membran av disse organeller er også funnet ATP-syntetase, og dette er en fordel i forhold til de animalske celler.

Også planter kan overleve i høye konsentrasjoner av karbonmonoksyd, nitrogen og cyanid som følge av cyanid-resistent måte i ETC. Respiratoriske kjeden slutter slik at ubiquinon, fra hvilken elektronene blir direkte overført til oksygenatomer. Som et resultat, mindre ATP er syntetisert, men anlegget kan overleve ugunstige forhold. Dyr i slike tilfeller av langvarig eksponering dø.

Vi kan sammenligne effektiviteten av NAD, FAD og cyanid-bestandig bane gjennom det ATP-indikatoren dannelse ved overføring av en elektron.

• med NAD eller NADP dannet av 3 molekyler av ATP;
• FAD er utformet med to molekyler av ATP;
• av cyanid danner en bærekraftig retning ATP-molekylet.

Evolusjonær betydning ETC

For alle eukaryote organismer, er en viktig kilde til energi respirasjonskjeden. Biokjemi ATP-syntese i cellen er oppdelt i to typer, substratfosforylering og oksidativ fosforylering. ETC er brukt i syntesen av den andre type energi, dvs. E. På grunn av redoks-reaksjoner.

I prokaryote organismer ATP dannet bare i substratfosforylering i glykolysen trinn. Seks-karbon sukkerarter (fortrinnsvis glukose) som er involvert i reaksjonssyklus, og utgangscellen mottar to molekyler av ATP. Denne type av energi er ansett for å være den mest primitive syntese, det vil si. K. eukaryoter løpet av oksidativ fosforylering dannet 36 ATP-molekyler.

Men dette betyr ikke at dagens planter og dyr har mistet evnen til underlaget fosforylering. Akkurat denne typen ATP syntesen var den eneste av de tre stadier av energiproduksjon i cellen.

Glykolyse i eukaryoter foregår i cytoplasma i cellen. Det er alle de nødvendige enzymer som kan spalte glukose til to molekyler av pyrodruesyre under dannelse av 2 molekyler av ATP. Alle etterfølgende trinn foregår i mitokondrie matrise. Krebs syklus eller trikarboksylsyre cyklusen, som forekommer i mitokondriene. Dette lukket kjedereaksjoner som et resultat av hvilket syntetisere NAD og FAD * H * H2. Disse molekylene vil bli brukt som en forbruksvare i ETC.