Respiratoriske kæde: funktionelle enzymer

Alle biokemiske reaktioner i cellerne i enhver organisme forekomme med energiforbrug. Respiratoriske kæde - En sekvens specifikke strukturer, der er placeret på den indre membran af mitochondria og tjener til dannelsen af ATP. Adenosin er en alsidig energikilde og kan akkumulere 80 til 120 kJ.

Respiratorisk elektron kæde - hvad er det?

Elektroner og protoner spiller en vigtig rolle i energi uddannelse. De skaber en spændingsforskel på modstående sider af membranen i mitokondrierne, der genererer en retningsbevægelse af partiklerne - strøm. Respiratoriske kæde (det ETC, elektrontransportkæde) er en mediator i overførslen af positivt ladede partikler i intermembrane rum og negativt ladede partikler i tykkelsen af den indre membran af mitochondria.

Den vigtigste rolle i dannelsen af energi hører til ATP-syntase. Dette kompleks sæt af energi ændrer retningen af proton bevægelse i de biokemiske energi bånd. Af den måde, er næsten identisk med den kompleks ligger i kloroplaster af planter.

Og komplekser af respiratoriske kæde enzymer

Elektronoverførsel ledsages af biokemiske reaktioner i nærvær af enzymsystemet. Disse biologisk aktive stoffer, mange kopier af hvilke danner store komplekse strukturer, tjene som formidlere i overførslen af elektroner.

Komplekser af den respiratoriske kæde - er centrale komponenter i transport af ladede partikler. Alt i den indre mitokondrielle membran 4 er af en sådan dannelse, såvel som ATP-syntase. Alle disse strukturer har et fælles mål - indpakning ETC elektron overførsel af hydrogenprotoner i intermembrane rum og, som en konsekvens, syntesen af ATP.

Komplekset er en klynge af proteinmolekyler, blandt hvilke der er enzymer, strukturelle og signalproteiner. Hver af de 4 komplekser opfylde sin kun hans karakteristiske, funktion. Lad os se, hvilke opgaver i ETC præsentere disse strukturer.

jeg kompleks

Overførslen af elektroner i det indre af mitochondriemembranen vigtigste rolle spilles af den respiratoriske kæde. Elimineringsreaktion af brint protoner og elektroner, der ledsager dem - en af de vigtigste reaktioner ETC. Et første sæt af transportkæden antager molekyle af NAD * H + (på dyr) eller NADP * H + (planter), efterfulgt af spaltning af de fire hydrogenprotoner. Faktisk, på grund af denne komplekse biokemiske reaktion I kaldes også NADH - dehydrogenase (opkaldt central enzym).

Sammensætningen dehydrogenasekompleks jern-svovl-proteiner omfatter 3 slags, og flavinmononucleotid (FMN).

II-komplekset

Betjening af dette kompleks ikke involverer overførsel af brint protoner i intermembrane rum. Den vigtigste funktion af denne struktur er at levere yderligere elektroner til elektrontransportkæden ved hjælp af succinat oxidation. Central enzymkompleks - succinat-ubiquinon oxidoreduktase, som katalyserer spaltningen af elektroner fra ravsyre og overførsel til ubiquinon er lipofilt.

Leverandør af brint protoner og elektroner til andet kompleks er også FAD * _H2. Imidlertid flavinadenindinukleotid effektivitet mindre end den af dens analoger - NAD eller NADP * H * H.

Sammensætningen II består af tre slags komplekse jern-svovl-proteiner og central oxidoreduktaseenzym succinat.

III-komplekset

Den næste del af den konto, ETC består af cytochrom bs ₅₅₆ b _560, og c _1, samt jern-svovl-protein Risk. Beskæftigelse af det tredje sæt er forbundet med overførslen af to hydrogenprotoner i intermembrane rum, og elektroner fra det lipofile ubiquinon til cytochrom C.

Risiko funktion af protein er, at det opløses i fedt. Andre proteiner af denne gruppe, der mødtes i komplekserne ifølge den respiratoriske kæde, vandopløselig. Denne funktion påvirker positionen af proteinmolekylerne i tykkelsen af den indre mitokondrielle membran.

Det tredje sæt fungerer som ubiquinon-cytochrom c oxidoreduktase.

kompleks IV

Han cytochrom-oxidant kompleks, der er det endelige bestemmelsessted i ETC. Dens opgave er at overføre elektroner fra cytochrom c til oxygenatomer. Efterfølgende negativt ladede O-atomer reagerer med hydrogenprotoner til dannelse vand. Den vigtigste enzym - cytochrom c oxidoreduktase oxygen.

Strukturen af det fjerde komplekse omfatter cytochrom a, _3, og to kobber-atomer. Den centrale rolle i overførslen af elektroner til oxygen gik cytochrom en _3. Interaktionen af disse strukturer undertrykkes nitrogen cyanid og carbonmonoxid, i en global forstand, det fører til ophør af ATP-syntese og destruktion.

ubiquinon

Ubiquinon - et vitamin-lignende stof, en lipofil forbindelse, som bevæger sig frit i tykkelsen af membranen. mitokondrie respiratoriske kæde kan ikke undvære denne struktur, dvs.. k. Det er ansvarligt for elektrontransport fra komplekserne I og II til kompleks III.

Ubiquinon er et benzoquinonderivat. Denne struktur kan omtales i skemaerne Q brev eller forkortet LN (lipofil ubiquinon). Oxidationen af molekylet fører til dannelsen af semiquinon - en stærk oxidator, der er potentielt farligt for cellen.

ATP-syntase

Den vigtigste rolle i dannelsen af energi hører til ATP-syntase. Denne struktur bruger gribopodobnaya energi rettet bevægelse af partikler (protoner) for at omdanne det til kemisk energi.

Den grundlæggende proces, der forekommer hele ETC - er oxidation. Respirationskæden er ansvarlig for elektrontransport i mitokondriemembranen tykkere og deres akkumulering i matrixen. Samtidigt, komplekserne I, III og IV pumpet hydrogenprotoner i intermembrane rum. ladning forskellen på de sider af membranen fører til retningsbestemt bevægelse af protoner gennem ATP-syntase. Da H + skriver matricen, er elektroner opfyldt (som er forbundet med oxygen) for at danne en neutral substans for cellen - vand.

ATP-syntase F0 består af og F1 underenheder, der tilsammen danner routeren molekyle. F1 består af tre tre alfa- og beta-subunits, som sammen danner en kanal. Denne kanal har nøjagtig den samme diameter, som har en hydrogenprotoner. Med passagen af positivt ladede partikler gennem ATP-syntase hoved F ₀ molekyler er snoet ved 360 grader omkring sin akse. I løbet af denne tid, til AMP eller ADP (adenozinmono- og diphosphat) er fastgjort phosphatrest med en høj energi obligationer, der omgiver den store mængde energi.

ATP syntase findes i kroppen, ikke kun i mitokondrierne. I planter, er disse komplekser også placeret på membranen af celleblærerne (tonoplasten), samt chloroplast thylakoider.

Også i dyreceller og planteceller ATPaser er til stede. De har en lignende struktur som den af ATP-syntase, men deres virkning er rettet på fjernelse af phosphatrester til forbrug af energi.

Den biologiske betydning af respiratoriske kæde

For det første er de endelige produkt ETC reaktioner er den såkaldte metaboliske vand (300-400 ml pr dag). For det andet syntesen af ATP og energilagring i biokemiske bindinger i molekylet. På dag 40-60 kg adenosin syntetiseres, og det samme anvendes i enzymatiske reaktioner celler. Levetiden for et molekyle af ATP er 1 minut, så den respiratoriske kæde skal fungere gnidningsløst, præcist og uden fejl. Ellers vil cellen dø.

Mitokondrier betragtes kraftværker i enhver celle. Deres antal afhænger af den energi, der er nødvendige for bestemte funktioner. For eksempel kan neuroner tælles op til 1000 mitokondrier, som ofte danner en klynge i den synaptiske såkaldte plak.

Forskelle mellem den respiratoriske kæde i planter og dyr

I planter, yderligere "kraftværker" af cellen er en chloroplast. På den indre membran af disse organeller findes også ATP-syntase, og dette er en fordel i forhold til dyreceller.

Også planter kan overleve i høje koncentrationer af carbonmonoxid, nitrogen og cyanid som følge af cyanid-resistent måde i ETC. Respiratorisk kædeender således på ubiquinon, hvorfra elektroner overføres direkte til de oxygenatomer. Som et resultat, mindre ATP syntetiseres imidlertid planten kan overleve ugunstige forhold. Dyr i sådanne tilfælde, at langvarig udsættelse dø.

Vi kan sammenligne effektiviteten af NAD, FAD og cyanid-resistente sti gennem ATP indikator formation ved overførsel 1 elektron.

• med NAD eller NADP dannet af 3 molekyler ATP;
• FAD er udformet med to molekyler ATP;
• af cyanid danner en bæredygtig vej ATP molekyle.

Evolutionær betydning af ETC

For alle eukaryote organismer, en vigtig kilde til energi er den respiratoriske kæde. Biokemi ATP-syntese i cellen er opdelt i to typer, substratphosphorylering og oxidativ phosphorylering. ETC anvendes i syntesen af den anden type energi, dvs.. E. På grund af redox reaktioner.

I prokaryote organismer ATP kun dannet i substratphosphorylering i glycolyse fase. Seks-carbon-sukker (fortrinsvis glucose) er involveret i reaktionen cyklus, og output celle modtager to molekyler ATP. Denne type energi anses for at være den mest primitive syntese, dvs.. K. Eukaryoter under oxidativ phosphorylering dannet 36 ATP molekyler.

dette betyder dog ikke, at nutidens planter og dyr har mistet evnen til substrat fosforylering. Bare denne type ATP-syntese var den eneste af de tre faser af energiproduktionen i cellen.

Glykolyse i eukaryoter finder sted i cytoplasmaet i cellen. Der er alle de nødvendige enzymer, som kan spalte glucose til to molekyler pyrodruesyre til dannelse 2 molekyler ATP. Alle efterfølgende trin finder sted i den mitokondrielle matrix. Krebs cyklus eller tricarboxylsyrecyklen, som forekommer i mitokondrierne. Dette lukkede kædereaktioner som følge af som syntetiserer NAD og FAD * H * H2. Disse molekyler vil blive anvendt som en forbrugelig i ETC.