Cadena respiratòria: enzims funcionals

Totes les reaccions bioquímiques en les cèl·lules de qualsevol organisme es produeixen amb la despesa d'energia. cadena respiratòria - a estructures específiques de seqüència que es troben a la membrana interna dels mitocondris i serveixen per a la formació d'ATP. L'adenosina és una font versàtil de l'energia i es pot acumular els 80 a 120 kJ.

la cadena respiratòria d'electrons - què és?

Els electrons i protons són molt importants en l'educació energètica. Creen una diferència de tensió en costats oposats de la membrana del mitocondri que genera un moviment dirigit de les partícules - actual. cadena respiratòria (que ETC, la cadena de transport d'electrons) és un mediador en la transferència de partícules carregades positivament en l'espai intermembrana i partícules carregades negativament en el gruix de la membrana interna dels mitocondris.

El paper principal en la formació d'energia pertany a l'ATP-sintasa. Aquest conjunt complex d'energia altera la direcció del moviment de protons en els llaços energia bioquímica. Per cert, és gairebé idèntic al del complex es troba en els cloroplasts de les plantes.

I complexos dels enzims de la cadena respiratòria

La transferència d'electrons s'acompanya de reaccions bioquímiques en la presència del sistema d'enzims. Aquestes substàncies biològicament actives, moltes còpies dels quals formen estructures grans i complexes, serveixen com a intermediaris per transferència d'electrons.

Els complexos de la cadena respiratòria - són components centrals del transport de partícules carregades. Total en la membrana mitocondrial interna 4 són de tal formació, així com l'ATP sintasa. Totes aquestes estructures comparteixen un objectiu comú - la transferència d'electrons d'embolcall ETC de protons d'hidrogen a l'espai intermembrana i, com a conseqüència, la síntesi d'ATP.

El complex és un conjunt de molècules de proteïnes, entre les quals hi ha enzims, estructurals i proteïnes de senyalització. Cadascun dels 4 complexos de complir el seu només la seva característica, funció. Anem a veure quines tasques a l'ETC presenten aquestes estructures.

complex I

La transferència d'electrons a l'interior de la funció principal de la membrana mitocondrial és jugat per la cadena respiratòria. La reacció d'eliminació de protons d'hidrogen i electrons acompanyant - una de les principals reaccions ETC. Un primer conjunt de cadena de transport assumeix molècula de NAD * H + (en animals) o NADP * H + (plantes), seguit de l'escissió dels quatre protons d'hidrogen. En realitat, a causa d'aquesta complexa reacció bioquímica I també es diu NADH - deshidrogenasa (anomenada enzim central).

Els deshidrogenasa proteïnes ferro-sofre complexos composició inclouen 3 classes, i mononucleòtid de flavina (FMN).

complex II

El funcionament d'aquest complex no implica la transferència de protons d'hidrogen a l'espai intermembrana. La funció principal d'aquesta estructura és subministrar electrons addicionals a la cadena de transport d'electrons per mitjà de l'oxidació de succinat. complex enzimàtic Central - oxidoreductasa succinat-ubiquinona, que catalitza l'escissió d'electrons d'àcid succínic i la transferència a la ubiquinona és lipófila.

Proveïdor de protons d'hidrogen i electrons a la segona complex és també FAD * H _2. No obstant això, l'eficiència de flavina adenina dinucleòtid menor que la dels seus anàlegs - NAD o NADP * H * H

La composició II consta de tres tipus de proteïnes ferro-sofre complexos i succinat central d'enzim oxidoreductasa.

complex III

El següent component del compte, ETC consisteix en citocrom b ₅₅₆ b _560, i c _1, així com ferro-sofre Risc proteïna. Ocupació del tercer joc està associat amb la transferència de dos protons d'hidrogen a l'espai intermembrana, i electrons de la ubiquinona lipòfil al citocrom C.

característica Risc de proteïna és que es dissol en greix. Altres proteïnes d'aquest grup que es va reunir en els complexos de la cadena respiratòria, soluble en aigua. Aquesta característica afecta la posició de les molècules de proteïna en el gruix de la membrana mitocondrial interna.

El tercer conjunt de funcions com oxidoreductasa ubiquinona-citocrom c.

IV complex

El complex citocrom-oxidant que és la destinació final al ETC. La seva funció és la transferència d'electrons des del citocrom c dels àtoms d'oxigen. Posteriorment carregats negativament àtoms d'O reaccionen amb els protons d'hidrogen per formar aigua. La principal enzim - citocrom c oxidoreductasa d'oxigen.

L'estructura de la quarta complex inclou citocrom a, a _3, i dos àtoms de coure. El paper central en la transferència d'electrons a l'oxigen va ser citocrom a _3. La interacció d'aquestes estructures es suprimeix cianur de nitrogen i monòxid de carboni, en un sentit global, que condueix a la terminació de la síntesi d'ATP i la destrucció.

ubiquinona

Ubiquinona - una substància similar a les vitamines, un compost lipofílic, que es mou lliurement en el gruix de la membrana. cadena respiratòria mitocondrial no pot fer sense aquesta estructura, és a dir. k. És responsable de transport d'electrons dels complexos I i II del complex III.

La ubiquinona és un derivat de benzoquinona. Aquesta estructura pot ser denominat en la carta Esquemes Q o LN abreujada (ubiquinona lipòfil). L'oxidació de la molècula condueix a la formació d'semiquinona - un oxidant fort, que és potencialment perillós per a la cèl·lula.

ATP sintasa

El paper principal en la formació d'energia pertany a l'ATP-sintasa. Aquesta estructura utilitza el moviment gribopodobnaya dirigida energia de les partícules (protons) per convertir en energia química.

El procés bàsic que es produeix en tot l'ETC - és l'oxidació. La cadena respiratòria és responsable del transport d'electrons en la membrana mitocondrial més gruixuda i la seva acumulació en la matriu. Alhora, els complexos de I, III i IV es bomba protons d'hidrogen a l'espai intermembrana. diferència de càrrega en els costats de la membrana condueix a moviment direccional de protons a través de l'ATP sintasa. Des H + entrar a la matriu, es compleixen els electrons (que s'associa amb l'oxigen) per formar una substància neutra per a la cèl·lula - aigua.

ATP sintasa F0 consisteix a i subunitats F1 que en conjunt formen la molècula de router. F1 consta de tres tres subunitats alfa i beta, que juntes formen una cadena. Aquest canal té exactament el mateix diàmetre, que tenen una protons d'hidrogen. Amb el pas de les partícules carregades positivament a través del cap ATP sintasa F ₀ molècules és retorçat per 360 graus al voltant del seu eix. Durant aquest temps, a AMP o ADP (adenozinmono- i difosfat) estan fixats residu de fosfat amb enllaços d'alta energia, que envolten una gran quantitat d'energia.

ATP sintasa es troba en el cos, no només en la mitocòndria. En les plantes, aquests complexos també es troben a la membrana dels vacúols (tonoplast), així com els tilacoides dels cloroplasts.

També en cèl·lules animals i ATPases de plantes són presents. Tenen una estructura similar a la de l'ATP sintasa, però la seva acció està dirigida a l'eliminació de residus de fosfat a la despesa d'energia.

El significat biològic de la cadena respiratòria

En primer lloc, les reaccions ETC producte final és l'anomenada aigua metabòlica (300-400 ml per dia). En segon lloc, la síntesi d'emmagatzematge d'ATP i l'energia en bons bioquímiques de la molècula. En el dia es sintetitza 40-60 kg d'adenosina, i la mateixa s'utilitza en cèl·lules de reaccions enzimàtiques. La vida d'una molècula d'ATP és d'1 minut, de manera que la cadena respiratòria ha de funcionar sense problemes, amb precisió i sense errors. Altrament, la cèl·lula mor.

Els mitocondris són considerats centrals de qualsevol cèl·lula. El seu nombre depèn de l'energia que es requereix per a certes funcions. Per exemple, les neurones es poden comptar fins a 1000 mitocòndries que sovint formen un clúster al sinàptica així anomenada placa.

Les diferències entre la cadena respiratòria en plantes i animals

En les plantes, un addicional de "plantes d'energia" de la cèl·lula és un cloroplast. A la membrana interna d'aquests orgànuls també es troben ATP sintasa, i això és un avantatge sobre les cèl·lules animals.

També les plantes poden sobreviure en altes concentracions de monòxid de carboni, nitrogen i cianur causa de la forma de cianur resistent al ETC. així cadena respiratòria acaba a la ubiquinona, de la qual els electrons són transferits directament als àtoms d'oxigen. Com a resultat, menys ATP es sintetitza, però, la planta pot sobreviure a les condicions adverses. Els animals en aquests casos, l'exposició perllongada a morir.

Podem comparar l'eficiència de NAD, FAD i la ruta de cianur resistent a través de la formació indicador d'ATP quan la transferència d'1 electró.

• amb NAD o NADP format per 3 molècules d'ATP;
• FAD es forma amb dues molècules d'ATP;
• de cianur de forma 1 molècula camí ATP sostenible.

importància evolutiva ETC

Per a tots els organismes eucariotes, una font principal d'energia és la cadena respiratòria. la síntesi d'ATP Bioquímica a la cèl·lula es divideix en dos tipus, de fosforilació de substrat i la fosforilació oxidativa. ETC s'utilitza en la síntesi del segon tipus d'energia, és a dir. E. A causa de reaccions redox.

En els organismes procariòtics ATP format només en la fosforilació del substrat en l'etapa glucòlisi. sucres de sis carbonis (preferiblement de glucosa) que participen en el cicle de reacció, i la cel·la de sortida rep dues molècules d'ATP. Aquest tipus d'energia es considera que és la síntesi més primitiu, és a dir. K. Eucariotes durant la fosforilació oxidativa conformada 36 molècules d'ATP.

No obstant això, això no significa que les plantes i els animals d'avui han perdut la capacitat de fosforilació del substrat. Només aquest tipus de síntesi d'ATP va ser l'únic de les tres etapes de la producció d'energia a la cèl·lula.

La glucòlisi en eucariotes té lloc al citoplasma de la cèl·lula. Hi ha tots els enzims necessàries que poden escindir la glucosa a dues molècules d' àcid pirúvic per formar 2 molècules d'ATP. Totes les etapes posteriors es duen a terme a la matriu mitocondrial. cicle de Krebs o el cicle de l'àcid tricarboxílic, com ocorre en la mitocòndria. Aquesta tancat reaccions en cadena com a resultat de la qual cosa sintetitzar NAD i FAD * H * H2. Aquestes molècules es poden utilitzar com un consumible en ETC.