Tartalom
- Mik a Redox reakciók?
- Hol található az elektronszállító láncreakció az Eukariótokban?
- Milyen a mitokondrium?
- Hol zajlik az ETC-reakció Prokariótákban?
- Mi történik az elektronszállító lánc alatt?
- Mi a működése az ETC négy komplexének?
- Miért fontos az elektronszállító lánc?
- Hogyan jut az oxigén a mitokondriumba?
- A sejtek légzésének és az ETC kémiai áttekintése
- Az elektronlánc-transzport mechanizmus gátlása
A legtöbb élő sejt tápanyagokból termel energiát sejtes légzés útján, amely magában foglalja az oxigén felvételét az energia felszabadítása céljából. Az elektronszállító lánc vagy ETC a folyamat harmadik és utolsó lépése, a másik kettő pedig glikolízis és a citromsav ciklus.
Az előállított energiát energia formájában tárolják ATP vagy adenozin-trifoszfát, amely egy nukleotid, amelyet az élő szervezetekben találnak.
Az ATP molekulák energiát tárolnak bennük foszfátkötések. Az ETC az energia szempontjából a sejtek légzésének legfontosabb szakasza, mivel a legtöbb ATP-t termeli. Redox reakciók sorozatában az energia felszabadul, és arra használják, hogy egy harmadik foszfátcsoportot az adenozin-difoszfáttal kössék, és így három foszfátcsoportot tartalmazó ATP-t hozzanak létre.
Amikor egy sejtnek energiára van szüksége, megszakítja a harmadik foszfátcsoport-köteléket és felhasználja a kapott energiát.
Mik a Redox reakciók?
A sejtek légzésének sok kémiai reakciója redox reakció. Ezek a sejtek közötti kölcsönhatások, amelyekbe beletartozik csökkentés és oxidáció (vagy redox) ugyanakkor. Ahogy az elektronok mozgatódnak a molekulák között, az egyik vegyi anyagcsoport oxidálódik, míg egy másik redukálódik.
A redox reakciók sorozata alkotja az elektronszállító láncot.
Az oxidált vegyi anyagok redukáló szerek. Elfogadják az elektronokat és redukálják a többi anyagot azáltal, hogy elektronokat vesznek. Ezek a többi vegyület oxidálószerek. Adományoznak elektronokat és oxidálják a többi felet a redox kémiai reakcióban.
Ha számos redox kémiai reakció zajlik, az elektronokat több szakaszon keresztül lehet továbbadni, amíg a végső redukálószerrel kombinációban nem állnak.
Hol található az elektronszállító láncreakció az Eukariótokban?
A fejlett szervezetek vagy eukarióták sejtjei a atommag és eukarióta sejteknek nevezzük. Ezeknek a magasabb szintű celláknak kicsik is A membránhoz kötött mitokondriumoknak nevezett struktúrák, amelyek energiát termelnek a sejt számára. A mitokondriumok olyanok, mint a kis gyárak, amelyek energiát generálnak ATP molekulák formájában. Az elektronszállítás láncreakciói a mitokondriumokban zajlanak.
A sejt munkájától függően a sejtek több vagy kevesebb mitokondriumot tartalmazhatnak. Az izomsejteknek néha ezreik vannak, mert sok energiára van szükségük. A növényi sejteknek mitokondriumok is vannak; glükózt termelnek fotoszintézis útján, majd ezt felhasználják a sejtek légzésében és végül a mitokondriumokban az elektronszállító láncban.
Az ETC reakciók a mitokondriumok belső membránján és azon keresztül zajlanak. Egy másik sejtek légzési folyamata, a citromsav ciklus, a mitokondriumokban zajlik, és szállítja az ETC reakciókhoz szükséges vegyi anyagok egy részét. Az ETC a belső mitokondriális membrán az ATP molekulák szintetizálására.
Milyen a mitokondrium?
A mitokondrium apró és sokkal kisebb, mint egy sejt. A megfelelő látáshoz és a szerkezetének tanulmányozásához több ezer alkalommal nagyító elektronmikroszkópra van szükség. Az elektronmikroszkópból származó képek azt mutatják, hogy a mitokondrionnak sima, hosszúkás külső membránja és a erősen hajtogatott belső membrán.
A belső membrán redők ujjak alakúak és mélyen a mitokondrium belsejébe jutnak. A belső membrán belsejében a mátrixnak nevezett folyadék található, a belső és a külső membránok között viszkózus folyadékkal töltött régió, amelyet intermembrane space.
A citromsav-ciklus a mátrixban zajlik, és az ETC által használt vegyületek egy részét eredményezi. Az ETC elektronokat vesz ezekből a vegyületekből és visszajuttatja a termékeket a citromsav-ciklusba. A belső membrán redői nagy felületet adnak, sok helyet biztosítva az elektronok szállítási láncreakcióinak.
Hol zajlik az ETC-reakció Prokariótákban?
A legtöbb egysejtű organizmus prokarióták, ami azt jelenti, hogy a sejtekben nincs mag. Ezeknek a prokarióta sejteknek a szerkezete egyszerű, a sejtfallal és a sejtmembránokkal körülvéve a sejtet, és ellenőrizve, hogy mi lép be a sejtekbe és onnan ki. A prokarióta sejtekben hiányzik a mitokondriumok és más membránhoz kötött organellák. Ehelyett a sejt energiatermelése a sejt egész területén zajlik.
Egyes prokarióta sejtek, mint például a zöld algák, fotoszintézis útján termelhetnek glükózt, mások pedig olyan anyagokat nyelnek be, amelyek glükózt tartalmaznak. A glükózt ezután táplálékként használják a sejtek energiatermelésére a sejtek légzésén keresztül.
Mivel ezeknek a sejteknek nincsenek mitokondriumai, az ETC reakciónak a sejtek légzésének végén a közvetlenül a sejt falán elhelyezkedő sejtmembránokon és azokon át kell történnie.
Mi történik az elektronszállító lánc alatt?
Az ETC a citromsav ciklusban előállított vegyi anyagokból nagy energiájú elektronokat használ, és négy lépésen keresztül alacsony energiaszintre állítja őket. Az ezen kémiai reakciókból származó energiát hozzászokták szivattyú protonok egy membránon. Ezek a protonok ezután visszajutnak a membránon.
A prokarióta sejtek esetében a fehérjéket szivattyúzzák a sejt körülvevő sejtmembránokon. A mitokondriumokkal rendelkező eukarióta sejteknél a protonokat a belső mitokondriális membránon keresztül a mátrixból a membránközi térbe pumpálják.
A kémiai elektron donorok közé tartoznak NADH és FADH míg a végső elektronakceptor oxigén. A NAD és a FAD vegyi anyagokat visszajuttatják a citromsav-ciklushoz, miközben az oxigén hidrogénnel kombinálva vizet képez.
A membránokon át pumpált protonok a proton gradiens. A gradiens proton-motívumot hoz létre, amely lehetővé teszi a protonok visszajutását a membránokon keresztül. Ez a protonmozgás aktiválja az ATP szintázt és az ATP-ből ATP molekulákat hoz létre. A teljes kémiai folyamatot nevezzük oxidatív foszforiláció.
Mi a működése az ETC négy komplexének?
Négy kémiai komplex alkotja az elektronszállító láncot. A következő funkciókkal rendelkeznek:
Ennek a folyamatnak a végén a protongradienst minden egyes komplex proton szivattyúzza a membránokon keresztül. Az eredményül proton-motiváló erő a protonokat az ATP szintáz molekulákon keresztül a membránokon keresztül húzza.
Amikor átjutnak a mitokondriális mátrixba vagy a prokarióta sejt belsejébe, a protonok hatása lehetővé teszi, hogy az ATP szintáz molekulája foszfátcsoportot adjon az ADP vagy az adenozin-difoszfát molekulához. Az ADP ATP-ként vagy adenozin-trifoszfáttá válik, és az energiát az extra foszfátkötés tárolja.
Miért fontos az elektronszállító lánc?
A három sejtes légzési szakasz mindegyike magában foglalja a fontos sejtfolyamatokat, de az ETC messze a legtöbb ATP-t termeli. Mivel az energiatermelés a sejtek légzésének egyik fő funkciója, az ATP ebből a szempontból a legfontosabb szakasz.
Ahol az ETC termel akár 34 molekula ATP egy glükózmolekula termékeiből a citromsav-ciklus kettőt termel, és a glikolízis négy ATP-molekulát eredményez, de ezek közül kettőt használ fel.
Az ETC másik fő funkciója a termelés NAD és HÓBORT a NADH-tól és a FADH-tól az első két kémiai komplexben. Az ETC I. és II. Komplexben a NAD és FAD molekulák reakcióinak termékei, amelyekre a citromsav ciklusban szükség van.
Ennek eredményeként a citromsav-ciklus az ETC-től függ. Mivel az ETC csak oxigén jelenlétében mehet végbe, amely végső elektronakceptorként működik, a sejtek légzési ciklusa csak akkor működhet teljes mértékben, ha a szervezet oxigént vesz be.
Hogyan jut az oxigén a mitokondriumba?
Minden fejlett szervezetnek oxigénre van szüksége a túléléshez. Egyes állatok belégzik az oxigént a levegőből, miközben a vízi állatok rendelkeznek kopoltyúk vagy felszívja az oxigént a nyersbőr.
Magasabb állatokban a vörösvértestek felszívják az oxigént a tüdő és vigye be a testbe. Az artériák, majd az apró kapillárisok elosztják az oxigént a test szöveteiben.
Mivel a mitokondriumok felveszik az oxigént a víz képződéséhez, az oxigén diffundálódik a vörösvértestekből. Az oxigénmolekulák áthaladnak a sejtmembránon és a sejt belsejébe. Ahogy a meglévő oxigénmolekulák kimerülnek, az új molekulák helyet kapnak.
Mindaddig, amíg elegendő oxigén van jelen, a mitokondriumok táplálhatják az összes energiát, amelyre a sejtnek szüksége van.
A sejtek légzésének és az ETC kémiai áttekintése
A glükóz a szénhidrát amely oxidációkor széndioxidot és vizet termel. E folyamat során az elektronokat az elektronszállító láncba vezetik.
Az elektronok áramlását a mitokondriális vagy sejtmembránok fehérjekomplexei használják a hidrogénionok szállítására, H + , a membránok mentén. Ha több hidrogénion van jelen a membránon kívül, mint belül, akkor a pH-egyensúly egyensúlyba kerül egy savasabb oldattal a membránon kívül.
A pH egyensúlyozása érdekében a hidrogénionok visszafolynak a membránon az ATP szintáz fehérjekomplexen keresztül, és elősegítik az ATP molekulák képződését. Az elektronokból kinyert kémiai energiát energiájának elektrokémiai formájává változtatják, amelyet a hidrogénion gradiens tárol.
Amikor az elektrokémiai energia felszabadul a hidrogénionok vagy protonok áramlásán keresztül az ATP szintáz komplexen, akkor ez biokémiai energia ATP formájában.
Az elektronlánc-transzport mechanizmus gátlása
Az ETC reakciók rendkívül hatékony módon előállítják és tárolják a sejt energiáját, amelyet felhasználhat a mozgásában, szaporodásában és túlélésében. Ha az egyik reakciósorozat blokkolva van, az ETC már nem működik, és a rá támaszkodó sejtek elpusztulnak.
Egyes prokarióták alternatív módon állítják elő az energiát azáltal, hogy az oxigéntől eltérő anyagokat használnak végső elektronakceptorként, ám az eukarióta sejtek az oxidatív foszforilációtól és az elektronszállító lánctól függnek energiaigényük szempontjából.
Azok az anyagok, amelyek gátolhatják az ETC hatását, képesek blokkolja a redox reakciókat, gátolja a proton transzfert vagy módosítja a kulcsfontosságú enzimeket. Ha egy redox lépést blokkolunk, akkor az elektronok átadása megáll, és az oxidáció az oxigén végén magas szintre halad, miközben a redukció a lánc elején történik.
Amikor a protonok nem haladhatnak át a membránokon, vagy enzimek, például az ATP-szintáz lebonthatók, az ATP termelése leáll.
Mindkét esetben a sejtfunkciók lebontják, és a sejt meghal.
Növényi alapú anyagok, például rotenon, vegyületek, például cianid és antibiotikumok, például antimicin felhasználható az ETC reakció gátlására és a célzott sejthalál kiváltására.
Például a rotenont rovarirtó szerként, antibiotikumokat pedig baktériumok elpusztítására használják. Ha szükség van a szervezet szaporodásának és növekedésének ellenőrzésére, az ETC értékes támadási pontnak tekinthető. Ha megzavarja a funkcióját, a sejt megfosztja azt az energiát, amelyre szüksége van az életéhez.