Определение транспортной цепочки электронов
Цепочка переноса электронов представляет собой скопление белков, которые переносят электроны через мембрану внутри митохондрии сформировать градиент протонов, который ведет к образованию аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ используется клетка как энергия для метаболических процессов для клеточных функций.
Где происходит электронная транспортная цепь?
Во время этого процесса создается протонный градиент, когда протоны накачиваются из митохондриального матрикса в межмембранное пространство клетки, что также помогает стимулировать выработку АТФ. Часто использование протонного градиента называют хемиосмотическим механизмом, который управляет синтезом АТФ, так как он основывается на более высокой концентрации протонов для генерации «протонной движущей силы». Количество создаваемого АТФ прямо пропорционально количеству протонов, которые прокачиваются через внутреннюю митохондриальную мембрану.
Цепочка переноса электронов включает в себя ряд окислительно-восстановительных реакций, в которых белковые комплексы переносят электроны от донора. молекула к акцепторной молекуле. В результате этих реакций образуется протонный градиент, позволяющий механической работе превращаться в химическую энергию, что позволяет синтезировать АТФ. Комплексы встроены во внутреннюю митохондриальную мембрану, называемую крист у эукариот. Внутренней митохондриальной мембраной является матрица, в которой, при необходимости, находятся такие ферменты, как пируват дегидрогеназа и пируваткарбоксилаза расположены. Процесс также может быть обнаружен у фотосинтетических эукариот в тилакоидной мембране хлоропластов и у прокариот, но с модификациями.
Побочные продукты других циклов и процессов, таких как цикл лимонной кислоты, окисление аминокислот и окисление жирных кислот, используются в цепи переноса электронов. Как видно из общей окислительно-восстановительной реакции,
2 H + + 2 e + + ½ O2 → H2O + энергия
энергия выделяется в экзотермической реакции, когда электроны проходят через комплексы; три молекулы АТФ созданы. Фосфат, находящийся в матрице, импортируется через протонный градиент, который используется для создания большего количества АТФ. Процесс генерирования большего количества АТФ через фосфорилирование АДФ упоминается окислительного фосфорилирования поскольку энергия оксигенации водорода используется во всей цепи переноса электронов. АТФ, генерируемый в результате этой реакции, приводит в действие большинство клеточных реакций, необходимых для жизни.
Шаги Электронной Транспортной Цепи
В цепи переноса электронов электроны движутся вдоль ряда белков, создавая силу выталкивающего типа для перемещения ионов водорода или протонов через митохондриальную мембрану. Электроны начинают свои реакции в комплексе I, переходя в комплекс II, переходя в комплекс III и цитохром с через коэнзим Q, а затем, наконец, в Комплекс IV. Сами комплексы представляют собой белки со сложной структурой, встроенные в фосфолипид Мембрана. Они объединены с ионом металла, таким как железо, чтобы помочь вытеснению протона в межмембранное пространство, а также другим функциям. Комплексы также претерпевают конформационные изменения, чтобы открыть отверстия для трансмембранного движения протонов.
Эти четыре комплекса активно переносят электроны из органического метаболита, такого как глюкоза. Когда метаболит расщепляется, два электрона и ион водорода высвобождаются и затем поглощаются коэнзимом NAD +, превращаясь в NADH, высвобождая ион водорода в цитозоль.
У НАДН теперь есть два электрона, передающих их на более подвижную молекулу, убихинон (Q), в первом белковом комплексе (Комплекс I). Комплекс I, также известный как NADH-дегидрогеназа, перекачивает четыре иона водорода из матрицы в межмембранное пространство, устанавливая протонный градиент. В следующем белке, комплексе II или сукцинатдегидрогеназе, другом электронном носителе и коферменте, сукцинат окисляется в фумарат, вызывая восстановление FAD (флавин-адениндинуклеотид) до FADH2. Транспортная молекула, FADH2, затем окисляется, отдавая электроны Q (превращаясь в QH2), высвобождая другой ион водорода в цитозоль. Хотя Комплекс II не вносит непосредственного вклада в протонный градиент, он служит еще одним источником электронов.
Комплекс III, или цитохром с редуктазой, является тем, где Q цикл имеет место. Существует взаимодействие между Q и цитохромами, которые представляют собой молекулы, состоящие из железа, для продолжения передачи электронов. Во время цикла Q ранее получаемый убихинол (QH2) отдает электроны ISP, а цитохром b превращается в убихинон. ISP и цитохром b представляют собой белки, которые находятся в матрице и затем переносят полученный электрон от убихинола на цитохром с1. Затем цитохром с1 передает его цитохрому с, который перемещает электроны к последнему комплексу. (Примечание: в отличие от убихинона (Q), цитохром с может нести только один электрон за один раз). Затем убихинон снова уменьшается до QH2, перезапуская цикл. В процессе, другой ион водорода выделяется в цитозоле для дальнейшего создания градиента протонов.
Затем цитохромы переходят в комплекс IV или цитохром с оксидазу. Электроны переносятся по одному в комплекс из цитохрома с. Электроны, помимо водорода и кислорода, затем вступают в реакцию с образованием воды в необратимой реакции. Это последний комплекс, который перемещает четыре протона через мембрану, чтобы создать протонный градиент, который развивает АТФ в конце.
Когда установлен протонный градиент, F1F0АТФ-синтаза иногда называемый комплексом V, генерирует АТФ. Комплекс состоит из нескольких субъединиц, которые связываются с протонами, выделенными в предыдущих реакциях. По мере того как белок вращается, протоны возвращаются в митохондриальный матрикс, что позволяет АДФ связываться со свободным фосфатом с образованием АТФ. За каждый полный оборот белка вырабатывается три АТФ, заключая цепь переноса электронов.
викторина
1. Какую реакцию выполняет комплекс IV, также известный как цитохромоксидаза?A. NADH + Q ↔ NAD + + QH2B. NADH ↔ NAD + + 2H + + 2e–C. 2 H + + 2 e + + ½ O2 → H2O + энергияD. 4 H + + 4 e– + O2 → 2 H2O
Ответ на вопрос № 1
D верно. Кислород соединяется с водородом и электронами, образуя воду.
2. Какой компонент (ы) передается в первый комплекс в цепи переноса электронов?A. НАДХ + Н +B. FADH +C. QD. Цитохром с
Ответ на вопрос № 2
верно. Перед началом цепи переноса электронов NAD + восстанавливается до NADH, который затем передается в комплекс I с ионом водорода.
3. Где находится более высокая концентрация протонов во время активации цепи переноса электронов?A. Фосфолипидный слойB. Митохондриальная матрицаC. Межмембранное пространствоD. Клеточная мембрана
Ответ на вопрос № 3
С верно. Межмембранное пространство содержит более высокие концентрации протонов, поскольку комплексы в цепочке накачивают протоны в межмембранное пространство из митохондриального матрикса.