Zawartość
- Jakie są reakcje redoks?
- Gdzie w Eukariotach znajduje się reakcja łańcuchowa transportu elektronów?
- Jak wygląda mitochondrium?
- Gdzie zachodzi reakcja ETC u Prokariotów?
- Co dzieje się podczas łańcucha transportu elektronów?
- Jaka jest funkcja czterech kompleksów ETC?
- Dlaczego łańcuch transportu elektronów jest ważny?
- Jak tlen dostaje się do mitochondriów?
- Przegląd chemiczny oddychania komórkowego i ETC
- Hamowanie mechanizmu transportu łańcucha elektronów
Większość żywych komórek wytwarza energię ze składników odżywczych poprzez oddychanie komórkowe, które obejmuje pobieranie tlenu w celu uwolnienia energii. Łańcuch transportu elektronów lub ETC jest trzecim i ostatnim etapem tego procesu, pozostałe dwa są glikoliza i cykl kwasu cytrynowego.
Wytworzona energia jest magazynowana w postaci ATP lub trifosforan adenozyny, który jest nukleotydem występującym w żywych organizmach.
Cząsteczki ATP magazynują w nich energię wiązania fosforanowe. ETC jest najważniejszym etapem oddychania komórkowego z energetycznego punktu widzenia, ponieważ wytwarza najwięcej ATP. W serii reakcji redoks energia jest uwalniana i stosowana do przyłączenia trzeciej grupy fosforanowej do difosforanu adenozyny w celu utworzenia ATP z trzema grupami fosforanowymi.
Gdy komórka potrzebuje energii, zrywa trzecie wiązanie grupy fosforanowej i wykorzystuje uzyskaną energię.
Jakie są reakcje redoks?
Wiele reakcji chemicznych oddychania komórkowego to reakcje redoks. Są to interakcje między substancjami komórkowymi zmniejszenie i utlenianie (lub redox) w tym samym czasie. Gdy elektrony są przenoszone między cząsteczkami, jeden zestaw chemikaliów jest utleniany, a drugi jest redukowany.
Szereg reakcji redoks tworzy łańcuch transportu elektronów.
Utlenione chemikalia są środkami redukującymi. Akceptują elektrony i redukują inne substancje, pobierając ich elektrony. Te inne chemikalia są utleniaczami. Przekazują elektrony i utleniają pozostałe strony w reakcji chemicznej redoks.
Gdy zachodzi seria reakcji chemicznych redoks, elektrony mogą być przekazywane przez wiele etapów, aż ostatecznie połączą się z końcowym środkiem redukującym.
Gdzie w Eukariotach znajduje się reakcja łańcuchowa transportu elektronów?
Komórki zaawansowanych organizmów lub eukariontów mają jądro i nazywane są komórkami eukariotycznymi. Te komórki wyższego poziomu mają również małe związany z błoną struktury zwane mitochondriami, które wytwarzają energię dla komórki. Mitochondria są jak małe fabryki, które wytwarzają energię w postaci cząsteczek ATP. Reakcje łańcuchowe transportu elektronów zachodzą w mitochondriach.
W zależności od pracy, jaką wykonuje komórka, komórki mogą mieć więcej lub mniej mitochondriów. Komórki mięśniowe czasami mają tysiące, ponieważ potrzebują dużo energii. Komórki roślin mają również mitochondria; wytwarzają glukozę poprzez fotosyntezę, która następnie jest wykorzystywana w oddychaniu komórkowym, a ostatecznie w łańcuchu transportu elektronów w mitochondriach.
Reakcje ETC zachodzą na wewnętrznej błonie mitochondriów i przez nią. Kolejny proces oddychania komórkowego cykl kwasu cytrynowego, odbywa się w mitochondriach i dostarcza niektóre substancje chemiczne potrzebne w reakcjach ETC. ETC wykorzystuje cechy wewnętrzna błona mitochondrialna do syntezy cząsteczek ATP.
Jak wygląda mitochondrium?
Mitochondrium jest małe i znacznie mniejsze niż komórka. Aby zobaczyć go poprawnie i zbadać jego strukturę, wymagany jest mikroskop elektronowy o powiększeniu kilka tysięcy razy. Obrazy z mikroskopu elektronowego pokazują, że mitochondrium ma gładką, wydłużoną błonę zewnętrzną i a mocno złożony wewnętrzna membrana.
Fałdy błony wewnętrznej mają kształt palców i sięgają głęboko do wnętrza mitochondrium. Wnętrze wewnętrznej membrany zawiera płyn zwany matrycą, a między wewnętrzną i zewnętrzną membraną znajduje się lepki wypełniony płynem obszar zwany przestrzeń międzybłonowa.
Cykl kwasu cytrynowego odbywa się w matrycy i wytwarza niektóre związki stosowane przez ETC. ETC pobiera elektrony z tych związków i przywraca produkty z powrotem do cyklu kwasu cytrynowego. Fałdy wewnętrznej membrany dają jej dużą powierzchnię z dużą ilością miejsca na reakcje łańcuchowe transportu elektronów.
Gdzie zachodzi reakcja ETC u Prokariotów?
Większość organizmów jednokomórkowych to prokarioty, co oznacza, że komórkom brakuje jądra komórkowego. Te komórki prokariotyczne mają prostą strukturę ze ścianą komórkową i błonami komórkowymi otaczającymi komórkę i kontrolującymi to, co wchodzi i wychodzi z komórki. W komórkach prokariotycznych brakuje mitochondriów i innych Związane z błoną organelli. Zamiast tego produkcja energii w komórce odbywa się w całym ogniwie.
Niektóre komórki prokariotyczne, takie jak zielone glony, mogą wytwarzać glukozę z procesu fotosyntezy, podczas gdy inne spożywają substancje zawierające glukozę. Glukoza jest następnie wykorzystywana jako pokarm do produkcji energii komórkowej poprzez oddychanie komórkowe.
Ponieważ komórki te nie mają mitochondriów, reakcja ETC pod koniec oddychania komórkowego musi odbywać się na i przez błony komórkowe znajdujące się tuż wewnątrz ściany komórkowej.
Co dzieje się podczas łańcucha transportu elektronów?
ETC wykorzystuje elektrony o wysokiej energii z chemikaliów wytwarzanych w cyklu kwasu cytrynowego i prowadzi je przez cztery etapy do niskiego poziomu energii. Energia z tych reakcji chemicznych jest wykorzystywana pompować protony przez błonę. Te protony następnie dyfundują z powrotem przez membranę.
W przypadku komórek prokariotycznych białka są pompowane przez błony komórkowe otaczające komórkę. W przypadku komórek eukariotycznych z mitochondriami protony są pompowane przez wewnętrzną błonę mitochondrialną z matrycy do przestrzeni międzybłonowej.
Chemiczne donory elektronów obejmują NADH i FADH podczas gdy końcowym akceptorem elektronów jest tlen. Chemikalia NAD i FAD wracają do obiegu kwasu cytrynowego, podczas gdy tlen łączy się z wodorem, tworząc wodę.
Protony pompowane przez błony tworzą gradient protonowy. Gradient wytwarza siłę proton-ruch, która pozwala protonom poruszać się z powrotem przez błony. Ten ruch protonów aktywuje syntazę ATP i tworzy cząsteczki ATP z ADP. Cały proces chemiczny nazywa się fosforylacja oksydacyjna.
Jaka jest funkcja czterech kompleksów ETC?
Cztery kompleksy chemiczne tworzą łańcuch transportu elektronów. Mają następujące funkcje:
Pod koniec tego procesu gradient każdego protonu jest wytwarzany przez każdy kompleks pompujący protony przez błony. Powstały siła proton-motywacyjna wyciąga protony przez błony przez cząsteczki syntazy ATP.
Gdy przechodzą do matrycy mitochondrialnej lub do wnętrza komórki prokariotycznej, działanie protonów pozwala cząsteczce syntazy ATP na dodanie grupy fosforanowej do ADP lub cząsteczki difosforanu adenozyny. ADP staje się ATP lub adenozynotrifosforanem, a energia jest magazynowana w dodatkowym wiązaniu fosforanowym.
Dlaczego łańcuch transportu elektronów jest ważny?
Każda z trzech faz oddychania komórkowego obejmuje ważne procesy komórkowe, ale ETC wytwarza zdecydowanie najwięcej ATP. Ponieważ wytwarzanie energii jest jedną z kluczowych funkcji oddychania komórek, ATP jest najważniejszą fazą z tego punktu widzenia.
Gdzie ETC produkuje do 34 cząsteczki ATP z produktów jednej cząsteczki glukozy cykl kwasu cytrynowego wytwarza dwie, a glikoliza wytwarza cztery cząsteczki ATP, ale zużywa dwie z nich.
Inną kluczową funkcją ETC jest wytwarzanie NAD i CHWILOWA MODA z NADH i FADH w pierwszych dwóch kompleksach chemicznych. Produktami reakcji w kompleksie ETC I i kompleksie II są cząsteczki NAD i FAD, które są wymagane w cyklu kwasu cytrynowego.
W rezultacie cykl kwasu cytrynowego zależy od ETC. Ponieważ ETC może odbywać się tylko w obecności tlenu, który działa jako końcowy akceptor elektronów, cykl oddychania komórki może działać w pełni tylko wtedy, gdy organizm pobiera tlen.
Jak tlen dostaje się do mitochondriów?
Wszystkie zaawansowane organizmy potrzebują tlenu, aby przetrwać. Niektóre zwierzęta oddychają tlenem z powietrza, podczas gdy zwierzęta wodne mogą to mieć skrzela lub absorbują tlen przez ich Skórki.
U wyższych zwierząt czerwone krwinki absorbują tlen w płuca i przenieś to do ciała. Tętnice, a następnie małe naczynia włosowate, rozprowadzają tlen w tkankach ciała.
Ponieważ mitochondria zużywają tlen do wytworzenia wody, tlen dyfunduje z czerwonych krwinek. Cząsteczki tlenu przemieszczają się przez błony komórkowe do wnętrza komórki. W miarę zużycia istniejących molekuł tlenu zastępują je nowe molekuły.
Dopóki jest wystarczająca ilość tlenu, mitochondria mogą dostarczać całą energię potrzebną komórce.
Przegląd chemiczny oddychania komórkowego i ETC
Glukoza to węglowodan który po utlenieniu wytwarza dwutlenek węgla i wodę. Podczas tego procesu elektrony są wprowadzane do łańcucha transportu elektronów.
Przepływ elektronów jest wykorzystywany przez kompleksy białkowe w błonach mitochondrialnych lub błonach komórkowych do transportu jonów wodoru, H + przez błony. Obecność większej liczby jonów wodoru na zewnątrz membrany niż wewnątrz powoduje nierównowagę pH z bardziej kwaśnym roztworem na zewnątrz membrany.
Aby zrównoważyć pH, jony wodoru przepływają z powrotem przez membranę przez kompleks białkowy syntazy ATP, kierując powstawaniem cząsteczek ATP. Energia chemiczna zebrana z elektronów jest zamieniana na elektrochemiczną formę energii zgromadzonej w gradiencie jonów wodoru.
Kiedy energia elektrochemiczna jest uwalniana przez przepływ jonów wodoru lub protonów przez kompleks syntazy ATP, zmienia się na energia biochemiczna w formie ATP.
Hamowanie mechanizmu transportu łańcucha elektronów
Reakcje ETC są wysoce wydajnym sposobem wytwarzania i magazynowania energii do wykorzystania przez komórkę w jej ruchu, reprodukcji i przeżyciu. Gdy jedna z serii reakcji jest zablokowana, ETC przestaje działać, a komórki, które na nim polegają, giną.
Niektóre prokarionty mają alternatywne sposoby wytwarzania energii przy użyciu substancji innych niż tlen jako ostateczny akceptor elektronów, ale komórki eukariotyczne zależą od fosforylacji oksydacyjnej i łańcucha transportu elektronów dla ich potrzeb energetycznych.
Substancje, które mogą hamować działanie ETC, mogą blokować reakcje redoks, hamują transfer protonów lub modyfikują kluczowe enzymy. Jeśli etap redoks jest zablokowany, przenoszenie elektronów zatrzymuje się, a utlenianie przechodzi do wysokich poziomów na końcu tlenowym, podczas gdy dalsza redukcja zachodzi na początku łańcucha.
Gdy protony nie mogą być przenoszone przez błony lub enzymy, takie jak syntaza ATP, ulegają degradacji, wytwarzanie ATP ustaje.
W obu przypadkach funkcje komórki ulegają awarii i komórka umiera.
Substancje pochodzenia roślinnego, takie jak rotenon, związki takie jak cyjanek i antybiotyki takie jak antymycyna może być stosowany do hamowania reakcji ETC i wywoływania celowanej śmierci komórki.
Na przykład rotenon jest stosowany jako środek owadobójczy, a antybiotyki są stosowane do zabijania bakterii. Gdy zachodzi potrzeba kontroli proliferacji i wzrostu organizmu, ETC można postrzegać jako cenny punkt ataku. Zakłócenie jego funkcji pozbawia komórkę energii potrzebnej do życia.