Andningskedjan: funktionella enzymer

Alla biokemiska reaktioner i cellerna i en organism uppträder med energiåtgång. Andningskedjan - en sekvensspecifika strukturer som är belägna på det inre membranet i mitokondrier och tjänar för bildandet av ATP. Adenosin är en mångsidig energikälla och kan ackumulera de 80 till 120 kJ.

Respiratory elektron kedja - vad är det?

Elektroner och protoner spelar en viktig roll i energiutbildning. De skapar en spänningsskillnad på motsatta sidor av membranet hos mitokondrier som genererar en riktad rörelse av partiklarna - ström. Andningskedjan (det ETC, elektrontransportkedjan) är en mediator vid överföring av positivt laddade partiklar i intermembrane utrymme och negativt laddade partiklar i tjockleken av det inre membranet hos mitokondrier.

Den huvudsakliga roll i bildandet av energi hör till ATP-syntas. Detta komplex uppsättning av energi förändrar riktningen av proton rörelse i de biokemiska energiband. Förresten, är nästan identisk med den komplexa ligger i kloroplasterna av växter.

Och komplex av andningskedjan enzymer

Elektronöverföring åtföljs av biokemiska reaktioner i närvaro av enzymsystemet. Dessa biologiskt aktiva substanser, många kopior av vilka bildar stora komplexa strukturer, tjäna som mellanhänder vid överföringen av elektroner.

Komplex av andningskedjan - är centrala komponenter i transporten av laddade partiklar. Totalt i det inre mitokondriemembranet 4 är av sådan bildning, liksom ATP-syntas. Alla dessa strukturer har ett gemensamt mål - omslag ETC elektronöverföring av väteprotoner i intermembrane utrymme och som en konsekvens, syntesen av ATP.

Komplexet är ett kluster av proteinmolekyler, bland vilka det finns enzymer, strukturella och signalerande proteiner. Var och en av de 4 komplex fullgöra sitt bara hans egenskap, funktion. Låt oss se vilka uppgifter i ETC presentera dessa strukturer.

I-komplexet

Överföringen av elektroner i det inre av den mitokondriella membranhuvud roll spelas av andningskedjan. Reaktion för eliminering av väteprotoner och elektroner som åtföljer dem - en av de viktigaste reaktionerna ETC. En första uppsättning av transportkedja antar molekyl av NAD * H * (i djur) eller NADP * H * (växter), följt av klyvning av de fyra väteprotoner. Faktiskt, på grund av detta komplex biokemisk reaktion I kallas också NADH - dehydrogenas (uppkallad centrala enzym).

Kompositionen dehydrogenas komplexa proteiner järn-svavel finns 3 typer och flavinmononukleotid (FMN).

Il-komplexet

Driften av denna komplexa innebär inte överföring av väteprotoner i intermembrane rymden. Huvudfunktionen för denna struktur är att tillhandahålla ytterligare elektroner till elektrontransportkedjan medelst succinat oxidation. Central enzymkomplex - succinat-ubikinon oxidoreduktas, som katalyserar klyvningen av elektroner från bärnstenssyra och överföring till ubikinon är lipofilt.

Leverantör av väteprotoner och elektroner till det andra komplexet är också FAD * H _2. Emellertid flavinadenindinukleotid effektivitet mindre än den för dess analoger - NAD eller NADP * H * H.

Sammansättningen II består av tre typer av komplexa proteiner järn-svavel och centrala oxidoreduktasenzym succinat.

III-komplex

Nästa komponent av kontot, ETC består av cytokrom bs ₅₅₆ b _{560 och} c _1, samt järn-svavelprotein Risk. Anställning av den tredje uppsättningen är associerad med överföringen av två väteprotoner i intermembrane utrymmet, och elektroner från den lipofila ubikinon till cytokrom C.

Risk inslag i protein är att det löser sig i fett. Andra proteiner i denna grupp som träffades i komplexen i andningskedjan, vattenlöslig. Denna funktion påverkar läget av proteinmolekylerna i tjockleken av det inre mitokondriemembranet.

Den tredje uppsättningen av funktioner som ubikinon-cytokrom c-oxidoreduktas.

komplex IV

Han cytokrom-oxidant komplex som är slutdestination i ETC. Dess uppgift är att överföra elektroner från cytokrom c för syreatomerna. Därefter negativt laddade O-atomer kommer att reagera med väteprotoner för att bilda vatten. Det huvudsakliga enzymet - cytokrom c-oxidoreduktas syre.

Strukturen hos den fjärde komplexa innehåller cytokrom a, a _3, och två kopparatomer. Den centrala roll i överföringen av elektroner till syre gick cytokrom _3. Interaktionen av dessa strukturer undertrycks kvävecyanid och kolmonoxid, i en global mening, det leder till upphörandet av ATP-syntes och destruktion.

ubikinon

Ubikinon - en vitamin-liknande substans, en lipofil förening, som rör sig fritt i membranets tjocklek. mitokondriella andningskedjan inte kan vara utan denna struktur, dvs.. k. Den ansvarar för elektrontransport från komplexen I och II för att bilda komplex III.

Ubikinon är en bensokinon-derivatet. Denna struktur kan refereras till i schema Q brev eller förkortat LN (lipofil ubikinon). Oxidationen av molekylen leder till bildandet av semikinon - ett starkt oxidationsmedel, som är potentiellt farliga för cellen.

ATP-syntas

Den huvudsakliga roll i bildandet av energi hör till ATP-syntas. Denna struktur använder gribopodobnaya energi riktad rörelse hos partiklar (protoner) för att omvandla den till kemisk energi.

Den grundläggande processen som sker under ETC - är oxidation. Andningskedjan är ansvarig för elektrontransport i mitokondriemembranet tjockare och deras ackumulering i matrisen. Samtidigt, är komplexen av I, III och IV pumpas väteprotoner i intermembrane utrymmet. laddningsskillnad på sidorna av membranet leder till riktad rörelse av protoner genom ATP-syntas. Eftersom H + anger matrisen, är elektroner uppfyllda (som är associerade med syre) för att bilda en neutral substans för cellen - vatten.

ATP-syntas F0 består av och F1 subenheter vilka tillsammans bildar routern molekylen. F1 består av tre tre alfa- och beta-subenheter, som tillsammans bildar en kanal. Denna kanal har exakt samma diameter, vilka har en väteprotoner. Med passagen av positivt laddade partiklar genom ATP-syntas huvudet F ₀ molekyler vrids 360 grader kring sin axel. Under denna tid, till AMP eller ADP (adenozinmono- och difosfat) är fästa fosfatrest med en hög energi-bindningar, som omger den stora mängd energi.

ATP-syntas finns i kroppen, inte bara i mitokondrierna. I växter, är dessa komplex också belägna på membranet av de vakuoler (tonoplast), liksom de kloroplast tylakoider.

Även i djurceller och växt ATPaser är närvarande. De har en liknande struktur som den för den ATP-syntas, men deras verkan är riktad på eliminering av fosfatrester på de utgifter av energi.

Den biologiska betydelsen av andningskedjan

För det första, är slutprodukten ETC reaktioner det så kallade metabola vatten (300-400 ml per dag). För det andra, syntesen av ATP och energilagring i biokemiska bindningar av molekylen. Vid dag 40-60 kg adenosin syntetiseras, och samma användes i enzymatiska reaktioner celler. Livslängden för en molekyl av ATP är en minut, så andningskedjan måste fungera smidigt, noggrant och utan fel. Annars kommer cellen att dö.

Mitokondrier anses kraftverk i någon cell. Deras antal beror på den energi som krävs för vissa funktioner. Till exempel, kan neuroner räknas upp till 1000 mitokondrier som ofta bildar ett kluster i den synaptiska så kallade plack.

Skillnader mellan andningskedjan i växter och djur

I växter ytterligare "kraftverk" av cellen är en kloroplast. På det inre membranet av dessa organeller finns också ATP-syntas, och detta är en fördel jämfört med de djurceller.

Även växter kan överleva i höga koncentrationer av kolmonoxid, kväve och cyanid på grund av cyanidresistenta sätt i ETC. Andningskedjan slutar således vid ubikinon, från vilken elektronerna överförs direkt till syreatomerna. Som ett resultat, mindre ATP syntetiseras emellertid anläggningen kan överleva ogynnsamma förhållanden. Djur i sådana fall att långvarig exponering dö.

Vi kan jämföra effektiviteten av NAD, FAD och cyanid beständiga bana genom ATP indikatorbildning vid överföring 1 elektron.

• med NAD eller NADP som bildas av 3 molekyler ATP;
• FAD är utformad med två molekyler ATP;
• cyanid bildar en hållbar väg ATP-molekyl.

Evolutionära betydelsen av ETC

För alla eukaryota organismer, en viktig energikälla är andningskedjan. Biokemi ATP-syntes i cellen är uppdelad i två typer, substrat fosforyleringsställen och oxidativ fosforylering. ETC används i syntesen av den andra typen av energi, dvs. E. På grund av redoxreaktioner.

I prokaryota organismer ATP bildas endast i substrat fosforylering i glykolys skede. Sex-kol-sockerarter (företrädesvis glukos) involverade i reaktionscykeln, och utsignalen cellen mottar två molekyler ATP. Denna typ av energi anses vara den mest primitiva syntes, dvs.. K. Eukaryoter under oxidativ fosforylering bildade 36 ATP-molekyler.

Men detta betyder inte att dagens växter och djur har förlorat förmågan att substratfosforylering. Just denna typ av ATP-syntes var den enda av de tre stegen i energiproduktionen i cellen.

Glykolysen i eukaryoter sker i cellens cytoplasma. Det finns alla de nödvändiga enzymer som kan klyva glukos till två molekyler av pyrodruvsyra för att bilda 2 molekyler ATP. Alla efterföljande steg äger rum i den mitokondriella matrisen. Krebs cykel eller trikarboxylsyracykeln, såsom sker i mitokondrierna. Detta stängda kedjereaktioner som ett resultat av vilka syntetiserar NAD och FAD * H * H2. Dessa molekyler kommer att användas som en förbruknings i ETC.