Ademhalingsketen: functionele enzymen

Alle biochemische reacties in de cellen van een organisme optreden bij energieverbruik. Ademhalingsketen - een sequentie specifieke structuren die zich bevinden op het binnenmembraan van mitochondria en dienen voor de vorming van ATP. Adenosine is een veelzijdige energiebron en kan 80 tot 120 kJ accumuleren.

Respiratory elektron keten - wat is dat?

Elektronen en protonen spelen een belangrijke rol in de energie-educatie. Ze maken een spanningsverschil aan weerszijden van het membraan van de mitochondriën die een gerichte beweging van de deeltjes genereert - stroom. Ademhalingsketen (het ETC, elektronentransportketen) is een mediator bij de overdracht van positief geladen deeltjes in de ruimte intermembrane en negatief geladen deeltjes in de dikte van het binnenmembraan van mitochondria.

De hoofdrol in de vorming van energie behoort tot de ATP-synthase. Deze complexe reeks van energie wijzigt de richting van het proton beweging in de biochemische energie banden. Trouwens, is bijna identiek aan het complex ligt in de chloroplasten van planten.

En complexen van de ademhalingsketen enzymen

Elektronenoverdracht gaat gepaard met biochemische reacties in aanwezigheid van het enzymsysteem. Deze biologisch actieve stoffen, aantal afdrukken van welke vormen grote complexe structuren dienen als intermediair bij de overdracht van elektronen.

Complexen van de ademhalingsketen - centraal componenten van het transport van geladen deeltjes. Totaal in het binnenste mitochondriale membraan 4 zijn zodanig vormen, en ATP synthase. Al deze structuren hebben een gemeenschappelijk doel - wikkelen ETC elektronenoverdracht waterstof protonen in de intermembrane ruimte en, bijgevolg, de synthese van ATP.

Het complex is een cluster van eiwitmoleculen, waaronder zijn er enzymen, structurele en signaaleiwitten. Elk van de 4 complexen vervulling van zijn slechts zijn karakteristieke functie. Laten we eens kijken welke taken in de ETC presenteren deze structuren.

I-complex

De overdracht van elektronen in het inwendige van het mitochondriale membraan hoofdrol spelen de ademhalingsketen. Eliminatiereactie waterstof protonen en elektronen die hen - een van de belangrijkste reacties ENZ Een eerste stel transportketen neemt molecuul NAD + H + (bij dieren) of NADP * H + (planten), gevolgd door splitsing van de vier waterstofprotonen. Eigenlijk, als gevolg van deze complexe biochemische reactie I wordt ook wel NADH - dehydrogenase (genoemd centraal enzym).

De samenstelling dehydrogenase complex ijzerzwavel eiwitten omvatten 3 soorten en flavine mononucleotide (FMN).

II complex

Werking van dit complex niet de overdracht van waterstof protonen in de intermembrane ruimte omvatten. De hoofdfunctie van deze constructie extra elektronen te leveren aan de elektronentransportketen via succinaat oxidatie. Centrale enzymcomplex - succinaat-ubiquinone oxidoreductase, waarbij de splitsing van elektronen uit barnsteenzuur en transfer naar katalyseert ubiquinon is lipofiel.

Leverancier van waterstof protonen en elektronen naar de tweede complex ook FAD * _H2. Echter, flavine adenine dinucleotide efficiëntie minder dan die van zijn analogen - NAD of NADP * H * H.

De samenstelling II bestaat uit drie soorten complexe ijzerzwavel eiwitten en centrale oxidoreductase-enzym succinaat.

III complex

Het volgende onderdeel van de rekening, ETC bestaat uit cytochroom b ₅₅₆ b _{560 en c1,} alsmede ijzer-zwavel eiwit risico. Banen van de derde set behoort bij de overgang van twee waterstofatomen protonen in de intermembrane ruimte en elektronen uit het lipofiele ubiquinon C. cytochroom

Risico functie van eiwitten is dat het oplost in vet. Andere eiwitten van deze groep die ontmoet in de complexen van de ademhalingsketen, wateroplosbaar. Deze functie beïnvloedt de positie van de eiwitmoleculen in de dikte van de binnenste mitochondriale membraan.

De derde verzameling functies zoals ubichinon-cytochroom c oxidoreductase.

complex IV

Hij cytochroom-oxidant complex dat is de eindbestemming in de ETC. De taak is om elektronen over te dragen van cytochroom c de zuurstofatomen. Vervolgens negatief geladen O-atomen reageert met de waterstof protonen tot water. De belangrijkste enzymen - cytochroom c oxidoreductase zuurstof.

De structuur van de vierde complex omvat een cytochroom, een _{3 en} twee koperatomen. De centrale rol bij de overdracht van elektronen aan zuurstof ging cytochroom _3. De interactie van deze structuren wordt onderdrukt stikstof en koolmonoxide, in een globale zin leidt tot beëindiging van ATP-synthese en vernietiging.

ubiquinon

Ubiquinone - een vitamine-achtige stof, een lipofiele verbinding, die vrij in de dikte van het membraan beweegt. mitochondriale ademhalingsketen kan niet zonder deze structuur, dwz. k. Het is verantwoordelijk voor elektronentransport van de complexen I en II complex III.

Ubichinon een derivaat benzochinon. Deze structuur kan in schema Q letter of verkort LN (lipofiel ubiquinon) worden aangeduid. De oxidatie van het molecuul leidt tot de vorming van semichinon - een sterke oxidator, die potentieel gevaarlijk voor de cel.

ATP synthase

De hoofdrol in de vorming van energie behoort tot de ATP-synthase. Deze structuur maakt gebruik gribopodobnaya energie gerichte beweging van deeltjes (protonen) om te zetten in chemische energie.

Het basisproces dat optreedt gedurende de ETC - oxidatie. De ademhalingsketen is verantwoordelijk voor elektronentransport in het mitochondriale membraan dikker en de accumulatie ervan in de matrix. Tegelijkertijd worden de complexen I, III en IV wordt gepompt waterstofprotonen in intermembrane ruimte. ladingsverschil op de zijkanten van het membraan leidt tot gerichte beweging van protonen via ATP synthase. Aangezien H + enter de matrix worden elektronen voldaan (die geassocieerd zijn met zuurstof) om een neutrale stof de cel vormen - water.

ATP synthase F0 uit en F1 subeenheden die tezamen de router molecuul. F1 bestaat uit drie drie alfa- en beta-subeenheden, die samen een kanaal vormen. Dit kanaal heeft exact dezelfde diameter, die geen waterstof protonen. Met het verstrijken van positief geladen deeltjes door het ATP synthase kop F ₀ moleculen gedraaid 360 graden rond zijn as. Gedurende deze tijd, AMP of ADP (adenozinmono- en difosfaat) gebonden fosfaat residu met energierijke verbindingen, die veel energie omringen.

ATP synthase gevonden in het lichaam, niet alleen in de mitochondriën. In planten worden deze complexen ook op het membraan van de vacuolen (tonoplast), evenals de chloroplast thylakoïden.

Ook in dierlijke en plantaardige cellen ATPasen aanwezig. Ze hebben een soortgelijke structuur als die van de ATP synthase, maar hun werking wordt gericht op de eliminatie van fosfaatresiduen het energieverbruik.

De biologische betekenis van de ademhalingsketen

Ten eerste het eindproduct ETC reacties is de zogenaamde metabolische water (300-400 ml per dag). Ten tweede, de synthese van ATP en energieopslag in biochemische bindingen van het molecuul. Op dag 40-60 kg adenosine wordt bereid, en deze is gebruikt in enzymatische reacties cellen. De levensduur van een molecuul ATP 1 minuut, zodat de ademhalingsketen vlot kan werken, accuraat en foutloos. Anders zal de cel sterven.

Mitochondriën worden beschouwd centrales van een cel. Hun aantal is afhankelijk van de energie die nodig zijn om bepaalde functies. Zo kunnen neuronen worden geteld om 1000 mitochondria vaak vormen een cluster in de synaptische zogenaamde plaque.

Verschillen tussen de ademhalingsketen in planten en dieren

In planten, een extra "energiecentrales" van de cel is een chloroplast. Aan het binnenste membraan van deze organellen zijn ook gevonden ATP synthase, en dit is een voordeel ten opzichte van dierlijke cellen.

Ook planten kunnen overleven in hoge concentraties van koolmonoxide, stikstof en cyanide gevolg van cyanide-resistente wijze de ETC Ademhalingsketen eindigt dus op ubiquinon, waaruit elektronen rechtstreeks naar de zuurstofatomen. Als gevolg daarvan minder ATP wordt gesynthetiseerd, echter, kan de plant ongunstige omstandigheden te overleven. Dieren in dergelijke gevallen, langdurige blootstelling aan sterven.

We kunnen de efficiëntie van NAD, FAD en cyanide-resistente pad vergelijken door de indicator vorming ATP bij het overbrengen 1 elektron.

• met NAD of NADP gevormd door 3 moleculen ATP;
• FAD is voorzien van twee moleculen ATP;
• cyanide vormt 1 houdbaar ATP molecuul.

Evolutionaire betekenis van ETC

Voor alle eukaryote organismen, een belangrijke bron van energie is de luchtwegen keten. Biochemie ATP synthese in de cel is onderverdeeld in twee typen, substraatfosforylering en oxidatieve fosforylering. ETC wordt gebruikt bij de synthese van de tweede soort energie, bijv. E. Door redox reacties.

In prokaryotische organismen ATP alleen gevormd in substraat fosforylering in glycolyse podium. Koolstofzesring suikers (bij voorkeur glucose) betrokken bij de reactiecyclus en de uitgangscel ontvangt twee moleculen ATP. Dit soort energie wordt beschouwd als de meest primitieve synthese, bijv. K. Eukaryoten tijdens oxidatieve fosforylering gevormd 36 ATP moleculen.

Echter, dit betekent niet dat de huidige planten en dieren de mogelijkheid om fosforylering substraat hebben verloren. Alleen dit type ATP-synthese was het enige van de drie fasen van de energieproductie in de cel.

Glycolyse in eukaryoten vindt plaats in het cytoplasma van de cel. Er zijn alle benodigde enzymen die glucose kunnen aankleven twee moleculen pyrodruivenzuur tot 2 moleculen ATP vormen. Alle volgende stappen vinden plaats in de mitochondriale matrix. Citroenzuurcyclus of tricarbonzuur cyclus, zoals bij de mitochondria. Deze gesloten kettingreacties als gevolg waarvan synthetiseren NAD en FAD * H * H2. Deze moleculen worden gebruikt als een verbruiksartikel in ENZ