Információ

11.1: Elektronszállítási láncok – Biológia

11.1: Elektronszállítási láncok – Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Elektron szállítási láncok

An elektronszállító lánc, vagy STB, fehérjekomplexek csoportjából áll a membránban és körülötte, amelyek segítenek energetikailag összekapcsolni egy sor exergonikus/spontán red/ox reakciót a protonoknak a membránon keresztül történő endergon pumpálásával elektrokémiai gradienst generálva. Ez az elektrokémiai gradiens szabadenergia-potenciált hoz létre, amelyet a-nak nevezünk proton hajtóerő amelynek energetikailag "lefelé" exergonikus áramlása később különféle sejtfolyamatokhoz kapcsolható.

ETC áttekintés

1. lépés: Az elektronok elektrondonorból, például NADH-ból vagy FADH-ból lépnek be az ETC-be2, amelyek különféle katabolikus reakciók során keletkeznek, beleértve a glükóz oxidációjával kapcsolatos reakciókat is. Egy szervezet által használt ETC elektronhordozóinak számától és típusától függően az elektronok az elektronszállítási lánc különböző helyeire léphetnek be. Az elektronok bejutása az ETC egy meghatározott "helyére" az elektrondonorok és -akceptorok megfelelő redukciós potenciáljától függ.


2. lépés: Az első red/ox reakció után a kezdeti elektrondonor oxidálódik és az elektronakceptor redukálódik. Az elektron akceptor és donor közötti red/ox potenciál különbség a ΔG-hez kapcsolódik a ΔG = -nFΔE összefüggésben, ahol n = az átvitt elektronok száma és F = Faraday állandó. Minél nagyobb a pozitív ΔE, annál exergonikusabb a red/ox reakció.


3. lépés: Ha elegendő energiát adunk át egy exergonikus red/ox lépés során, az elektronhordozó ezt a negatív szabadenergia-változást összekapcsolhatja a protont a membrán egyik oldaláról a másikra szállító endergon folyamattal.


4. lépés: Általában többszöri red/ox transzfer után az elektron a terminális elektronakceptor néven ismert molekulához kerül. Az ember esetében a terminális elektronakceptor az oxigén. A természetben azonban sok-sok-sok más lehetséges elektronakceptor létezik; lásd lejjebb.

Megjegyzés: lehetséges vita

Az ETC-be belépő elektronoknak nem kell NADH-ból vagy FADH-ból származniuk2. Sok más vegyület is szolgálhat elektrondonorként; az egyetlen követelmény az, hogy (1) legyen olyan enzim, amely képes oxidálni az elektrondonort, majd redukálni egy másik vegyületet, és (2) hogy a ∆E0' pozitív (pl. ΔG<0). Még kis mennyiségű szabad energiaátvitel is összeadódik. Például vannak olyan baktériumok, amelyek H2 elektrondonorként. Ezt nem túl nehéz elhinni, mert a félreakció 2H+ + 2 e-/H2 redukciós potenciállal rendelkezik (E0') -0,42 V. Ha ezek az elektronok végül oxigénhez jutnak, akkor a ΔE0A reakció ' feszültsége 1,24 V, ami nagy negatív ΔG-nek (-ΔG) felel meg. Alternatív megoldásként vannak olyan baktériumok, amelyek képesek oxidálni a vasat, a Fe2+ pH 7-nél Fe3+ redukciós potenciállal (E0') + 0,2 V. Ezek a baktériumok oxigént használnak terminális elektronakceptorként, és ebben az esetben a ΔE0A reakció feszültsége körülbelül 0,62 V. Ez még mindig -ΔG-t eredményez. A lényeg az, hogy a szervezet által használt elektrondonortól és akceptortól függően kevés vagy sok energiát képes átvinni és felhasználni a sejt az elektrontranszport-láncnak adományozott elektrononként.

Melyek az ETC komplexumai?

Az ETC-k egy sor (legalább egy) membránhoz kapcsolódó red/ox fehérjékből vagy (egyesek integrált) fehérjekomplexekből állnak (komplex = egynél több fehérje, amelyek kvaterner szerkezetben vannak elrendezve), amelyek elektronokat mozgatnak egy donorforrásból, pl. mint NADH, egy végső terminális elektronakceptorhoz, például oxigénhez. Ez a konkrét donor/terminális akceptor pár az elsődleges, amelyet az emberi mitokondriumokban használnak. Az ETC-ben minden egyes elektrontranszferhez redukált szubsztrát szükséges elektrondonorként és oxidált szubsztrát elektronakceptorként. A legtöbb esetben az elektronakceptor magának az enzimkomplexnek a tagja. A komplex redukálása után a komplex elektrondonorként szolgálhat a következő reakcióhoz.

Hogyan adják át az elektronokat az ETC komplexek?

Mint korábban említettük, az ETC fehérjekomplexek sorozatából áll, amelyek egy sor kapcsolt red/ox reakción mennek keresztül. Ezek a komplexek valójában több fehérjét tartalmazó enzimkomplexek, amelyeket ún oxidoreduktázok vagy egyszerűen reduktázok. Az egyetlen kivétel ez alól az elnevezési konvenció alól az aerob légzés terminális komplexe, amely molekuláris oxigént használ terminális elektronakceptorként. Ezt az enzimkomplexet an oxidáz. A red/ox reakciókat ezekben a komplexekben jellemzően egy nem fehérjerész, az a protézis csoport. A protéziscsoportok közvetlenül részt vesznek a red/ox reakciókban, amelyeket a hozzájuk kapcsolódó oxidoreduktázok katalizálnak. Általában ezek a protéziscsoportok két általános típusra oszthatók: azokra, amelyek elektronokat és protonokat is hordoznak, és olyanokra, amelyek csak elektronokat hordoznak.

jegyzet

A protetikus csoportok ETC tagjai általi használata az összes elektronhordozóra igaz, kivéve a kinonokat, amelyek a lipidek egy osztálya, amelyeket az oxidoreduktázok közvetlenül redukálhatnak vagy oxidálhatnak. Mind a Quinone(piros) és a kinon(ökör) ezeknek a lipideknek a formái oldódnak a membránon belül, és komplexből komplexbe léphetnek az ingaelektronokba.

Az elektron- és protonhordozók

  • Flavoproteinek (Fp), ezek a fehérjék szerves protéziscsoportot tartalmaznak, az úgynevezett a flavin, amely az oxidációs/redukciós reakción áteső tényleges rész. FADH2 egy példa az Fp-re.
  • Kinonok a lipidek családja, ami azt jelenti, hogy a membránon belül oldódnak.
  • Azt is meg kell jegyezni, hogy a NADH és a NADPH elektronnak minősül (2e-) és proton (2H+) szállítók.

Elektronhordozók

  • Citokrómok olyan fehérjék, amelyek hem protetikus csoportot tartalmaznak. A hem egyetlen elektron hordozására képes.
  • Vas-Kén fehérjék nem hem vas-kén klasztert tartalmaznak, amely elektront hordozhat. A protéziscsoportot gyakran rövidítik Fe-S

Aerob versus anaerob légzés

Mi emberek oxigént használunk terminális elektronakceptor a sejtjeinkben lévő ETC-k számára. Ez a helyzet sok olyan szervezet esetében is, amellyel szándékosan és gyakran lépünk kapcsolatba (például osztálytársaink, házi kedvenceink, élelmiszer-állataink stb.). Oxigént lélegzünk be; sejtjeink felveszik és a mitokondriumokba szállítják, ahol az elektronszállító láncainkból származó elektronok végső elfogadójaként használják fel. Ezt a folyamatot – mivel az oxigént használják terminális elektronakceptorként – nevezzük aerob légzés.

Noha légzési láncaink terminális elektronakceptorjaként oxigént használhatunk, nem ez az egyetlen légzési mód a bolygón. Valójában a légzés általánosabb folyamatai akkor alakultak ki, amikor az oxigén nem volt a légkör fő összetevője. Ennek következtében sok élőlény számos vegyületet használhat, beleértve a nitrátot (NO3-), nitrit (NO2-), még vas (Fe3+) mint terminális elektronakceptorok. Amikor az oxigén van NEM a terminális elektronakceptor, a folyamatot ún anaerob légzés. Ezért a légzéshez vagy az oxidatív foszforilációhoz egyáltalán nincs szükség oxigénre; egyszerűen elég nagy redukciós potenciállal rendelkező vegyület kell ahhoz, hogy terminális elektronakceptorként működjön, és elektronokat fogadjon el az ETC-n belüli egyik komplexből.

Egyes organizmusok azon képessége, hogy variálják terminális elektronakceptorukat, metabolikus rugalmasságot biztosít, és jobb túlélést biztosíthat, ha bármely terminális akceptor korlátozottan áll rendelkezésre. Gondoljunk erre: oxigén hiányában meghalunk; de más élőlények más terminális elektronakceptort is használhatnak, ha a körülmények megváltoznak a túlélés érdekében.

Egy általános példa: Egy egyszerű, két összetett ETC

Az alábbi ábra egy általános elektrontranszport láncot ábrázol, amely két integrált membránkomplexből áll; Komplex I(ökör) és Komplex II(ökör). Egy redukált elektrondonor, amelyet DH-nak neveznek (például NADH vagy FADH2) csökkenti az I. komplexet(ökör)oxidált D formát eredményezve (például NAD+ vagy FAD+). Ezzel egyidejűleg az I. komplexen belüli protetikus csoport redukálódik (elfogadja az elektronokat). Ebben a példában a red/ox reakció exergonikus, és a szabadenergia-különbséget az I. komplexben lévő enzimek kapcsolják a proton endergonikus transzlokációjához a membrán egyik oldaláról a másikra. A végeredmény az, hogy a membrán egyik felülete negatív töltésűvé válik a hidroxil-ionok feleslege miatt (OH-), a másik oldal pedig pozitív töltésű lesz a másik oldalon lévő protonok növekedése miatt. Komplex I(piros) most képes redukálni egy Q mobil elektronhordozót, amely áthalad a membránon, és az elektron(oka)t a II. komplex protéziscsoportjába viszi.(piros). Az elektronok termodinamikailag spontán red/ox reakciókon keresztül jutnak át az I-es komplexből a Q-be, majd a Q-ból a II-es komplexumba, regenerálva az I-et(ökör), amely megismételheti az előző folyamatot. Komplex II(piros) majd redukálja az A-t, a terminális elektronakceptort a II. komplex regenerálására(ökör) és létrehozzuk a terminális elektronakceptor redukált formáját, az AH-t. Ebben a konkrét példában a II. komplex protont is képes áthelyezni a folyamat során. Ha A molekuláris oxigén, akkor AH vizet jelent, és a folyamat egy aerob ETC modelljének tekinthető. Ezzel szemben, ha A jelentése nitrát, akkor NO3-, akkor AH jelentése NO2- (nitrit), és ez egy példa lenne az anaerob ETC-re.

1.ábra. Generikus 2 komplex elektrontranszport lánc. Az ábrán DH az elektrondonor (donor redukált), D az oxidált donor. A az oxidált terminális elektronakceptor, AH pedig a végtermék, az akceptor redukált formája. Ahogy a DH D-vé oxidálódik, a protonok áthelyeződnek a membránon, így a membrán egyik oldalán feleslegben lévő (negatív töltésű) hidroxil-ionok, a membrán másik oldalán pedig (pozitív töltésű) protonok maradnak. Ugyanez a reakció megy végbe a II. komplexben, amikor a terminális elektronakceptor AH-vá redukálódik.

Nevezd meg: Marc T. Facciotti (eredeti mű)

1. Feladat

Gondolat kérdés

A fenti ábra alapján elektrontorony segítségével határozza meg az elektromos potenciál különbségét, ha (a) DH NADH és A O2és (b) DH jelentése NADH és A jelentése NO3-. Az elektrondonor és terminális elektronakceptor (a) vagy (b) melyik párja "kivonja" a legtöbb szabad energiát?

Részletes pillantás az aerob légzésre

Az eukarióta mitokondriumok egy nagyon hatékony ETC-t fejlesztettek ki. Négy fehérjékből álló komplex található, amelyek I-től IV-ig jelölik az alábbi ábrán. Ennek a négy komplexnek az aggregációját a kapcsolódó mobil, járulékos elektronhordozókkal együtt elektrontranszport láncnak is nevezik. Az eukarióták belső mitokondriális membránjában ez a típusú elektrontranszport lánc több másolatban is jelen van.

2. ábra. Az elektrontranszport lánc a belső mitokondriális membránba ágyazott elektrontranszporterek sorozata, amely elektronokat transzportál a NADH-ból és a FADH-ból.2 a molekuláris oxigénhez. A folyamat során a protonok a mitokondriális mátrixból a membránközi térbe pumpálódnak, és az oxigén redukálódik, és víz keletkezik.

Komplex I

Kezdésként két elektront szállítanak az első fehérjekomplexhez a NADH fedélzetén. Ez a komplex, amelyet a 2. ábrán I-vel jelöltünk, flavin-mononukleotidot (FMN) és vas-ként (Fe-S) tartalmazó fehérjéket tartalmaz. FMN, amely a B-vitaminból származik2riboflavin, más néven riboflavin, egyike az elektrontranszport lánc számos protetikus csoportjának vagy kofaktorának. A protetikus csoportok szerves vagy szervetlen, nem peptid molekulák, amelyek egy fehérjéhez kötődnek, és megkönnyítik annak működését; a protetikus csoportok közé tartoznak a koenzimek, amelyek az enzimek protetikus csoportjai. Az I. komplexben lévő enzimet NADH-dehidrogenáznak is nevezik, és egy nagyon nagy fehérje, amely 45 egyedi polipeptidláncot tartalmaz. Az I komplex négy hidrogéniont képes pumpálni a membránon keresztül a mátrixból a membránközi térbe, ezáltal elősegítve a hidrogénion-gradiens létrehozását és fenntartását a belső mitokondriális membrán által elválasztott két rekesz között.

Q és komplex II

A II. komplex közvetlenül fogadja a FADH-t2, amely nem halad át az I. komplexen. Az első és második komplexet a harmadikkal összekötő vegyület az ubikinon (Q). A Q molekula lipidoldható, és szabadon mozog a membrán hidrofób magján. Ha csökkenti, (QH2), az ubikinon az elektronszállító lánc következő komplexéhez juttatja elektronjait. Q fogadja a NADH-ból származó elektronokat az I-es komplexből és a FADH-ból származó elektronokat2 a II. komplexből: szukcinát-dehidrogenáz. Mivel ezek az elektronok megkerülik az első komplexben lévő protonpumpát, és így nem aktiválják, kevesebb ATP-molekula keletkezik a FADH-ból.2 elektronok. Amint azt a következő részben látni fogjuk, a végül kapott ATP-molekulák száma egyenesen arányos a belső mitokondriális membránon keresztül pumpált protonok számával.

Komplex III

A harmadik komplexet citokróm b, egy másik Fe-S fehérje, Rieske központ (2Fe-2S központ) és citokróm c fehérjék alkotják; ezt a komplexet citokróm-oxidoreduktáznak is nevezik. A citokróm fehérjéknek van egy hem protetikus csoportja. A hem molekula hasonló a hemoglobinban lévő hemhez, de elektronokat hordoz, nem oxigént. Ennek eredményeként a magjában lévő vasion redukálódik és oxidálódik, ahogy áthalad az elektronokon, és különböző oxidációs állapotok között ingadozik: Fe2+ (csökkentett) és Fe3+ (oxidálódott). A citokrómokban lévő hem molekulák a különböző fehérjék által megkötő hatások miatt némileg eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, így az egyes komplexeknek kissé eltérő tulajdonságokat adnak. A III-as komplex protonokat pumpál át a membránon, és elektronjait a citokróm c-nek adja át, hogy a fehérjék és enzimek negyedik komplexébe kerüljön (a citokróm c a Q elektronjainak akceptorja; míg a Q elektronpárokat hordoz, a citokróm c csak egyet képes elfogadni egy időben).

Komplex IV

A negyedik komplex c, a és a3 citokróm fehérjékből áll. Ez a komplex két hemcsoportot tartalmaz (egy-egy a két citokrómban, a és a3-ban) és három réziont (egy pár CuA és egy CuB a citokróm a3-ban). A citokrómok nagyon szorosan tartják az oxigénmolekulát a vas- és rézionok között, amíg az oxigén teljesen le nem redukálódik. A redukált oxigén ezután két hidrogéniont vesz fel a környező közegből, hogy vizet képezzen (H2O). A hidrogénionok eltávolítása a rendszerből hozzájárul a kemiomózis folyamatában használt iongradienshez.

Kemiozmózis

Ban ben kemiomózis, az imént leírt red/ox reakciósorozatból származó szabad energiát protonok pumpálására használják a membránon keresztül. A H egyenetlen eloszlása+ A membránon áthaladó ionok koncentráció- és elektromos gradienst (tehát elektrokémiai gradienst) hoznak létre, a proton pozitív töltése és a membrán egyik oldalán történő aggregációja miatt.

Ha a membrán nyitva lenne a protonok diffúziója előtt, az ionok hajlamosak lennének visszadiffundálni a mátrixba, elektrokémiai gradiensük hatására. Az ionok azonban nem tudnak átdiffundálni a foszfolipid membránok nem poláris régióin keresztül ioncsatornák segítsége nélkül. Hasonlóképpen, a membránközi térben lévő protonok csak az ATP-szintáz nevű integrált membránfehérjén keresztül tudnak átjutni a belső mitokondriális membránon (lásd alább). Ez az összetett fehérje egy apró generátorként működik, amelyet az elektrokémiai gradiensükön lefelé mozgó protonok által közvetített energiaátvitel alakít. Ennek a molekuláris gépezetnek (enzimnek) a mozgása a reakció aktiválási energiájának csökkentését szolgálja, és összekapcsolja a protonok elektrokémiai gradiensének lefelé történő mozgásával kapcsolatos exergonikus energiaátvitelt egy foszfát endergonikus hozzáadásával az ADP-hez, ami ATP-t képez.

3. ábra. Az ATP-szintáz egy összetett, molekuláris gép, amely protont használ (H+) gradiens, amely ATP-t képez ADP-ből és szervetlen foszfátból (Pi).

Köszönet: Klaus Hoffmeier művének módosítása

Megjegyzés: lehetséges vita

A dinitrofenol (DNP) egy kis vegyi anyag, amely a belső mitokondriális membránon áthaladó protonok áramlásának leválasztására szolgál az ATP-szintázhoz, és ezáltal az ATP szintéziséhez. A DNP protonokra szivárogtatja a membránt. 1938-ig használták súlycsökkentő szerként. Milyen hatással lesz a DNP a belső mitokondriális membrán mindkét oldalán lévő pH-különbségre? Miért gondolja, hogy ez egy hatékony súlycsökkentő gyógyszer? Miért lehet veszélyes?

Egészséges sejtekben a kemiomózist (lásd alább) használják az aerob glükóz-katabolizmus során keletkező ATP 90 százalékának előállítására; a fotoszintézis fényreakcióiban is ezt a módszert alkalmazzák a napfény energiájának a fotofoszforiláció folyamatában való hasznosítására. Emlékezzünk vissza, hogy az ATP-termelést a kemioszmózis folyamatával a mitokondriumokban oxidatív foszforilációnak nevezik, és hogy hasonló folyamat játszódhat le a bakteriális és archaeális sejtek membránjában. E reakciók általános eredménye az ATP termelése az eredetileg redukált szerves molekulából, például glükózból eltávolított elektronok energiájából. Az aerob példában ezek az elektronok végül redukálják az oxigént, és ezáltal vizet hoznak létre.

4. ábra. Az oxidatív foszforiláció során az elektrontranszport lánc által képzett pH-gradiens az ATP-szintáz segítségével ATP-t képez egy Gram-baktériumban.

Hasznos link: Hogyan készül az ATP az ATP-szintázból

Megjegyzés: lehetséges vita

A cianid gátolja a citokróm c oxidázt, az elektrontranszport lánc egyik összetevőjét. Ha cianidmérgezés történik, akkor várható-e, hogy a membránközi tér pH-ja növekedni vagy csökkenni fog? Milyen hatással lenne a cianid az ATP szintézisére?


Az OCIAD1 szabályozza az elektronszállítási lánc komplex I tevékenységét az emberi pluripotens őssejtek energiametabolizmusának szabályozására

A pluripotens őssejtek (PSC) túlnyomórészt glikolízisből nyerik az energiát, nem pedig az energiahatékony oxidatív foszforilációból (OXPHOS). A differenciálódás a glikolízisről az OXPHOS-ra történő energiacsere-eltolódással indul be. Molekuláris, biokémiai, genetikai és farmakológiai megközelítésekkel vizsgáltuk a mitokondriális energiametabolizmus szerepét humán PSC-kben. Megmutatjuk, hogy az OCIAD1 karcinóma fehérje kölcsönhatásba lép a mitokondriális komplex I aktivitásával és szabályozza azt. Élő, pluripotens sejteken végzett energiametabolikus vizsgálatok azt mutatták, hogy az OCIAD1-kimerült sejtek megnövelték az OXPHOS-t, és készen állnak a differenciálódásra. Az OCIAD1 fenntartja a humán embrionális őssejteket, és a CRISPR/Cas9 által közvetített knockout általi kimerülése gyors és fokozott differenciálódáshoz vezet az indukció során, míg az OCIAD1 túlzott expressziója ezzel ellentétes hatást fejt ki. A komplex I aktivitás farmakológiai megváltoztatása képes volt megmenteni az OCIAD1 moduláció hibáit. Így a hPSC-k energiametabolikus alállapotokban létezhetnek. Az OCIAD1 célpontot biztosít a mitokondriális aktivitás további modulátorainak szűrésére, hogy elősegítse a tranziens multipotens prekurzor expanziót vagy fokozza a differenciálódást.

Kulcsszavak: korai mesodermális progenitorok (EMP-k) pluripotencia humán embrionális őssejtek (hESC-k) energia metabolikus alállapotai idebenon mitokondriális komplex I mitokondriális komplex aktivitás mitokondriális morfológia élő sejtekben petefészek karcinóma immunreaktív antigén domén-1-et tartalmazó (OCIAD1) oxidatív (oxpotphosoriláció) prekurzor expanzió.

Copyright © 2018 A szerzők. Kiadó: Elsevier Inc. Minden jog fenntartva.


Fotoszintézis – Electron Transport Chain and Calvin Cycle

Fényfüggő reakciók , ill Elektron szállítási lánc
– A kloroplasztiszokban fordul elő’ tilakoidokban, csak napfény hatására működik
– A thylakoidok laposak, így a maximális felületre törekednek, hogy a legtöbb napfényt megfogják
* Az Electron Transport Chain során a cél az ATP létrehozása

Eljárások:
1.1. A napfény energia (fotonok) a klorofill Photosystem II reakcióközpontjába ütközik, az elektront gerjeszti, és így az elektronhordozó fehérjéhez vándorol, míg a vízhasító enzim a vizet hasítja (2 H2O -> 4H+ + O2 + 4e-), felhasználva a felhasadt vízből származó elektronok a Photosystem II gerjesztett elektronjának helyére az oxigén kidiffundál a sejtből
2. Az elektronhordozó fehérje mentén haladva eléri az első protonpumpát és energiát bocsát ki, hogy egy hidrogéniont pumpáljon a tilakoidba, majd az elektron egy másik elektronhordozó fehérjébe kerül.
3. Itt az első Photosystem II elektronja helyettesíti azt az elektront, amelyet a Photosystem I a fotonok ütközése után bocsát ki, amelyhez a Photosystem I’s elektronja egy másik elektronhordozó fehérjébe költözik, és a NADP-hez és egy hidrogénionhoz kötődik a NADP-reduktáz enzimben.
NADP + H+ + e- -> NADPH, energiában gazdag molekula
1.2. Eközben a NADPH’ reakciósora végbemegy, a vízfelhasadásból és a protonszivattyúból származó hidrogénionok felhalmozódnak a tilakoid belsejében, ezáltal potenciális energiát építenek ki a tilakoid belsejében, így a potenciális energiát kihasználva az ATP-szintáz enzim lehetővé teszi hidrogénionok létezését a saját felhasználásuk során. energia az ADP + P -> ATP kombinálásához

H+ koncentráció változás:
– Növeli a tilakoid belsejét a Photosystem II és a protonpumpa segítségével
– Csökkenti a tilakoidon kívül a protonpumpával és a NADP-reduktázzal (külről használ H+-t)

Fényfüggetlen reakciók , ill Calvin ciklus
– A kloroplasztiszokban fordul elő’ vihar
– Reakciók sorozata az ATP-ből és a NADPH-ból energiát venni, cukorrá, szénhidráttá stb.

Eljárások (3 RuBp-vel számolva)
1. A Rubisco (enzim) 3 CO2-szenet rögzít 3 RuBp-re (5 szénatomos molekula), hogy instabil 6 szénatomos molekulát képezzen.
2. Ezután a 6 szénatomos molekula (3 mennyiségben) 6 G3P-re (3 szénmolekula) bomlik, míg 6 ATP és 6 NADPH kerül felhasználásra a G3P-n (most 1 foszfátcsoport kapcsolódik), itt 1 G3P hagyja el a ciklust
3. A maradék (5) G3P-t újrahasznosítják, hogy 3 RuBp-t állítsanak elő 3 ATP felhasználásával
2 (ATP és NADPH által módosított) G3P szükséges egy glükóz (6 szénatomos) molekula előállításához

Összesen 9 ATP és 6 NADPH használt egy ciklusban, 3 RuBp-vel kezdve, ADP-k és NADP-k visszatérnek a fényfüggő reakcióba


Reaktív oxigénfajok kialakulása és sejtkárosodás

A reaktív oxigénfajták (ROS) olyan molekulák, amelyek oxigénatomot tartalmaznak, külső héjában párosítatlan elektronnal. Ahogy a ROS kialakul, nagyon instabillá válnak a páratlan elektron miatt, amely jelenleg a legkülső héjban található. Az oxigén instabil formáit néha szabad gyököknek nevezik.

Hogyan keletkezik valójában a ROS a cellákban? Az egyik módja a sejtlégzés által vezérelt elektrontranszport lánc a mitokondriumokban. Az elektrontranszport lánc felelős az ATP előállításáért, amely a sejt működéséhez szükséges fő energiaforrás. Az elektrontranszport lánc „ugrásszerű beindítását” segítő kulcsmolekula a NADH (vagy nikotinamid-adenin-dinukleotid), amely elektrondonorként szolgál (azaz a H az NADH-ban). A NADH-t gyakran „koenzimnek” nevezik, annak ellenére, hogy nem enzim (fehérje).

A NADH minden sejtben jelen van, és számos biokémiai reakció hozza létre. Az egyik módja annak, hogy a NADH nagy mennyiségben képződik, amikor az alkohol metabolizálódik (vagy oxidálódik) acetaldehiddé, majd ecetsavvá. Az alkohol metabolizmusa során az alkohol-dehidrogenáz (ADH) és a NAD + enzim az alkoholt acetil-aldehiddé alakítja, NADH-t termelve. Egy másik enzim, az aldehid-dehidrogenáz (ALDH) és a NAD+ az acetaldehidet ecetsavvá alakítja, még több NADH-t termelve. Ezekben a reakciókban a NAD + koenzim NADH-vá redukálódik (és az alkohol és az acetaldehid oxidálódik).

Tekintse át az alkohol alkohol-dehidrogenáz (ADH) általi oxidációját

Ha többet szeretne megtudni az alkohol ADH általi oxidációjáról, részt vehet a „DiVE into Alcohol” nevű virtuális valóság játékban a www.rise.duke.edu/dive-alcohol oldalon.

Most rengeteg NADH áll rendelkezésre a mitokondriális légzés „ugrásszerű elindításához”. A NADH a citoszolból a mitokondriumokba kerül, ahol elektront adományoz az elektrontranszport láncnak. Az elektrontranszport lánc fehérjék egy csoportjából (és néhány lipidből) áll, amelyek együtt dolgoznak az elektronok „lefelé” átadásában. Végül oxigén jelenlétében ATP képződik, amely energiát biztosít számos sejtfunkcióhoz.

Egyes elektronok azonban „kiszabadulhatnak” az elektronszállító láncból, és oxigénnel egyesülve egy nagyon instabil oxigénformát alkotnak, amelyet szuperoxidgyöknek neveznek (O2•-). A szuperoxid gyök a reaktív oxigénfajták (ROS) egyike.

A szuperoxid gyök a szabad gyökök egy fajtája. A szabad gyökök külső elektronpályáján magányos elektron található, és nagyon reaktív molekulák, mivel hajlamosak egyetlen elektront (e-) adományozni, vagy ellopni más molekuláktól az e-t. A szabad gyökök pusztító hatással lehetnek a sejtkomponensekre. A szabad gyökök gyakran • látható, hogy jelezzék a magányos e-.

Sejtjeinknek megvan a módja annak, hogy megvédjék magukat e reaktív molekulák káros hatásaitól. Például sejtjeink képesek alacsony szinten tartani a szuperoxid gyököket a szuperoxid-diszmutáz (SOD) enzim segítségével. Az SOD segít csökkenteni a szuperoxidot hidrogén-peroxid képződéséig (H2O2), amelyet ezután a kataláz enzim alakít át (méregtelenít) vízzé és O2.

Néha azonban a szuperoxid szintje megemelkedik, például alkohollal való érintkezés után (ami sok NADH-t termel). Így több hidrogén-peroxid képződik, amelyet a korlátozott mennyiségű kataláz nem képes méregteleníteni. Ehelyett a hidrogén-peroxid redukálódik a vassal (Fe 2+ ) (amely általában a sejtekben jelen van), amely elektront adományoz a hidroxilgyök (•OH) előállításához, amely egy nagyon kellemetlen molekula. Rendkívül reakcióképes, és kiváló oxidálószer. A hidroxilgyök oxidálja a sejtösszetevőket, például a lipideket, fehérjéket és DNS-t úgy, hogy szó szerint ellop egy e-t (egy H atomhoz társítva), ami károsítja a sejteket.

Ábra: Az alkohol metabolizmusa (azaz oxidációja) NADH-t termel, amely elektrondonorként működik az elektrontranszport láncban (római számokkal jelölt molekulák). Az elektronszállító láncból „kiszivárgó” elektronok (az I-es és III-as csillagok) oxigénnel kombinálva szuperoxid gyököket (O) hoznak létre.2•-). Egy sor reakció során a szuperoxid gyökök hidroxil (OH•) gyököket hoznak létre. Az oxigéngyökök pirossal vannak bekarikázva.


Az elektronszállítási lánc

Ez a tevékenység interaktív bemutatót nyújt a hallgatóknak az elektrontranszport láncról és a kemiomózisról az aerob légzés során. A tanulók egyszerű, mindennapi tárgyakat használnak hidrogénionként és elektronként, és a belső mitokondriális membránba ágyazott különféle fehérjék szerepét játsszák, hogy megmutassák, hogyan termeli a sejtlégzésben az ATP-t ez a specifikus folyamat. A tevékenység akkor működik a legjobban kiegészítésként, ha már az előadáson megvitatta az elektrontranszport láncot, de felhasználható az oktatás előtt, hogy segítsen a hallgatóknak elképzelni a fellépő folyamatokat. Ezt a bemutatót általános főiskolai biológia számára tervezték egy közösségi főiskola szakos hallgatói számára, de bármilyen bevezető főiskolai szintű vagy haladó szintű biológia kurzusban használható.

Folyóirat

Az American Biology Teacher &ndash University of California Press

Közzétett: 2014. szeptember 1

Kulcsszavak: Kulcsszavak: Sejtlégzés kemiomózis elektrontranszport lánc metabolizmus ATP NADH oxidáció redukció mitokondrium általános biológia


Glikolízis, Krebs-ciklus és elektronszállító rendszer – PowerPoint PPT-bemutató

Piruvát (3-szén)-acetil (2-szén)-CoA. 2 Piruvát 2 CoA 2 NAD 2 Acetil-CoA 2 CO2 2 NADH. Az eddigi összesített energiatermelés. &ndash PowerPoint PPT prezentáció

A PowerShow.com egy vezető bemutató/diavetítés-megosztó webhely. Legyen szó üzletiről, gyakorlatról, oktatásról, orvostudományról, iskoláról, egyházról, értékesítésről, marketingről, online képzésről vagy csak szórakozásról, a PowerShow.com nagyszerű forrás. És ami a legjobb, a legtöbb nagyszerű funkció ingyenes és könnyen használható.

A PowerShow.com webhelyen példakénti PowerPoint ppt-prezentációkat kereshet és tölthet le szinte bármilyen témában, amit csak el lehet képzelni, így ingyenesen megtudhatja, hogyan javíthatja saját diákjait és prezentációit. Vagy használja, hogy kiváló minőségű PowerPoint ppt bemutatókat keressen és töltsön le illusztrált vagy animált diákkal, amelyek megtanítanak valami újat készíteni, akár ingyenesen is. Vagy használja saját PowerPoint-diáinak feltöltésére, így megoszthatja őket tanáraival, osztályaival, diákjaival, főnökeivel, alkalmazottaival, ügyfeleikkel, potenciális befektetőivel vagy a világgal. Vagy készítsen igazán klassz fényképes diavetítéseket – 2D-s és 3D-s átmenetekkel, animációkkal és az Ön által választott zenével –, amelyeket megoszthat Facebook-ismerőseivel vagy Google+-köreivel. Ez mind ingyenes!

Kisebb díj ellenében megszerezheti az iparág legjobb online adatvédelmét, vagy nyilvánosan népszerűsítheti prezentációit és diavetítéseit a legjobb helyezésekkel. De ezt leszámítva ingyenes. Még a prezentációit és a diavetítéseket is átalakítjuk univerzális Flash formátumba, eredeti multimédiás dicsőségükkel együtt, beleértve az animációt, a 2D és 3D átmeneti effektusokat, a beágyazott zenét vagy más hangot, vagy akár a diákba ágyazott videót is. Mindezt ingyen. A PowerShow.com webhelyen található prezentációk és diavetítések többsége ingyenesen megtekinthető, sok ingyenesen letölthető. (Eldöntheti, hogy engedélyezi-e az eredeti PowerPoint-prezentációk és fotódiavetítések letöltését térítés ellenében, ingyenesen vagy egyáltalán nem.) Nézze meg a PowerShow.com webhelyet még ma – INGYENESEN. Valóban mindenkinek van valami!

előadások ingyenesen. Vagy használja, hogy kiváló minőségű PowerPoint ppt bemutatókat keressen és töltsön le illusztrált vagy animált diákkal, amelyek megtanítanak valami újat készíteni, akár ingyenesen is. Vagy használja saját PowerPoint-diáinak feltöltésére, így megoszthatja őket tanáraival, osztályaival, diákjaival, főnökeivel, alkalmazottaival, ügyfeleikkel, potenciális befektetőivel vagy a világgal. Vagy készítsen igazán klassz fényképes diavetítéseket – 2D-s és 3D-s átmenetekkel, animációkkal és az Ön által választott zenével –, amelyeket megoszthat Facebook-ismerőseivel vagy Google+-köreivel. Ez mind ingyenes!


Mi az elektrontranszport lánc és mi a feladata?

Az elektrontranszport lánc a négy fehérjekomplexből álló sorozat, valamint a kiegészítő elektronhordozók, pla mitokondriumok belső mitokondriális membránjába ágyazva. Az ATP-szintáz enzim szorosan van kapcsolódik az elektrontranszport lánchoz. Vannak több példányban az elektrontranszport láncról, amely megtalálható a minden mitokondrium belső mitokondriális membránja. Az elektronhordozókból származó elektronok, amelyeket bármelyikben redukáltak glikolízis, az link reakció vagy a Krebs ciklus az I. vagy a II. komplexumnak adományozzák funkció Az elektronszállítási lánc része az végül adenozin-trifoszfátot (ATP) termelnek amely az senergiaforrásunk a sejtfolyamatok többségéhez. Az ATP termelés hajtja a H+ ion gradiens létrehozása a membránok közötti tér között (a belső és külső mitokondriális mátrix között) és a mitokondriális mátrix. Az H+ gradiens ként alakul ki minden egymást követő komponens az elektrontranszport láncnak van a nagyobb affinitás az elektronokhoz. Ez azt jelenti, hogy energia szabadul fel, amikor az elektronok áthaladnak az elektronszállítási láncon. Ez energia akkor van a komplexek H+ pumpálására használják a membránok közötti térbe. Ezt követően a A H+ ionok újra belépnek a mátrixba taz ATP szintáz pórusán keresztül. Az ezen H+ ionok esése a magas koncentráció ban,-ben membránközi tér a alacsony koncentráció ban,-ben mitokondriális mátrix vezet a további energiafelszabadítás. Ez Ezt a folyamatot kemiomózisnak nevezik. Az felszabaduló energia azután az ATP szintáz szerkezetének megváltozásához vezet és lehetővé teszi, hogy katalizálja az ATP képződését adenozin-difoszfátból (ADP) és szervetlen foszfátból. Az az ATP termeléséhez vezető anyagcsereút ilyen módon hívják oxidatív foszforiláció mint az elektrondonorok elektronokat veszítenek (válik oxidált) és Az ADP foszforilálódik.


11.1: Elektronszállítási láncok – Biológia

An elektronszállító lánc kémiai reakciót párosít egy elektron donor (például NADH) és an elektron akceptor (például O2) a H+ ionok membránon keresztül történő átviteléhez egy sor közvetítő biokémiai anyagon keresztül.
Teljes cikk >>>

Az elektron szállítás lánc a mitokondriumban az oxidatív . 3 Eukarióta elektron szállítás láncok. 3.1 NADH-koenzim Q oxidoreduktáz (I. komplex) .
Teljes cikk >>>

Definíciói Elektron szállítás lánc, szinonimák, antonimák, származékai Elektron szállítás lánc, analóg szótár Elektron szállítás lánc (Angol)
Teljes cikk >>>

AZ ELEKTRON SZÁLLÍTÁS LÁNC ÉS KEMIOZMÓZIS. Tanulási célok ehhez a részhez. Az utolsó elektron hordozó a elektron szállítás lánc átadja a .
Teljes cikk >>>

Az Elektron Szállítás Lánc ETC-nek is nevezik. . A funkciója a elektron szállítás lánc ennek a gradiensnek a létrehozása. .
Teljes cikk >>>

Nincs oxigén, igen elektron szállítás lánc: . Elektron szállítás rendszer [lánc] . Elektron szállítás láncok átalakítja a redukált elektronokhoz kapcsolódó energiát, .
Teljes cikk >>>

ALKATRÉSZEI A ELEKTRON SZÁLLÍTÁS LÁNC (ETC) Az ETC összetevői . Az oligomicin leállítja az egészet elektron szállítás lánc & ATP szintetikus útvonal, amikor .
Teljes cikk >>>

A funkciója a elektron szállítás lánc ennek a gradiensnek a létrehozása. . Elektron szállítás láncok felfogja az energiát transzmembrán formájában.
Teljes cikk >>>

Az elektron szállítás lánc egy elektronpár áthaladását foglalja magában. Három különböző régiója van elektron szállítás lánc. .
Teljes cikk >>>

Az elektron szállítás lánc a sejtlégzés legösszetettebb és legtermékenyebb útja. . Elektron Szállítás Lánc ATP szintáz.
Teljes cikk >>>

V. THE ELEKTRON SZÁLLÍTÁS LÁNC ÉS OXIDATÍV FOSZFORILÁCIÓ. Bevezetés . Néhány elektron hordozói a szállítás lánc elfogadja és felszabadítja a protonokat.
Teljes cikk >>>

Elektron szállítás lánc összefoglaló 15 oldalnyi enciklopédiás bejegyzéssel, esszékkel, összefoglalókkal, . Indukálja a membránt Elektron Szállítás Lánc Működési zavarok és.
Teljes cikk >>>

Elektron szállítás lánc. • Katalizálja a NADH-ból származó elektronáramlást. hogy O. 2 . A mitokondriális szervezet elektron szállítás lánc .
Teljes cikk >>>

Az elektron szállítás lánc egy nagyon. fehérjék szervezett csoportja és kapcsolódó . Az Elektron Szállítás Lánc. 2e- Komplex III. citokróm reduktáz.
Teljes cikk >>>

A mitochondiral elektron szállítás lánc sorozatból áll. A mitokondriális energetika Elektron Szállítás Lánc .
Teljes cikk >>>


Nagyjából 30-32 ATP termelődik egy glükózmolekulából a sejtlégzés során. A glükóz lebontásából származó ATP-molekulák száma azonban fajonként változik. A H + ionok száma, amelyeket az elektronszállító lánc pumpál bennük, különbözik.

Egyetlen glükózmolekulából, amely két ATP-molekulát termel a glikolízisben és másik kettőt a citromsavciklusban, az összes többi ATP oxidatív foszforilációval keletkezik. A kísérlet alapján azt kaptuk, hogy négy H+-ion áramlik vissza az ATP-szintázon keresztül egyetlen ATP-molekula előállítására. Az elektrontranszport láncon való áthaladás után minden NADH 2,5 ATP-t ad, míg minden FADH2 1,5 ATP-t eredményez.

Az alábbiakban egy táblázat látható, amely bemutatja az ATP-képződés lebomlását egy glükózmolekulából az elektrontranszport láncon keresztül:

Az ösvény neveAz ATP nettó hozama
Glikolízis2 ATP (közvetlen) + 3-5 ATP (2 NADH-ból)
Piruvát oxidációja5 ATP (2 NADH-ból)
Citromsav ciklus2 ATP (2 GTP-ből), 15 ATP (6 NADH-ból) + 3 ATP (2 FADH-ból)2)
Teljes32 ATP

Amint a táblázatban látható, a glikolízis során előállított NADH-ból származó ATP-hozam nem pontos. Ennek az az oka, hogy glikolízis megy végbe a citoszolban, amelynek át kell haladnia a mitokondriális membránon, hogy részt vegyen az elektrontranszport láncban. Ingarendszerrel ellátott sejtek az elektronok FADH-n keresztül történő szállítására a szállítási láncba2 kimutatták, hogy 2 NADH-ból 3 ATP-t termelnek. Más esetekben az elektronok szállítása NADH-n keresztül történik, ahol 5 ATP-molekulát állítanak elő.


Fotoszintézis

A PS II reakcióközpontja 680 nm hullámhosszú vörös fényt nyel el. Ez azt okozza, hogy az elektronok izgalomba jönnek, és az atommagtól távolabbi pályára ugranak. Ezeket az elektronokat egy elektronakceptor felveszi és egy citokrómokból álló elektronszállító rendszerbe küldi.

Az oxidációs-redukciós potenciál skáláját tekintve az elektronok ezen mozgása lefelé mutat. Az elektronok nem használódnak fel, miközben áthaladnak az elektronszállítási láncon. Ezek a PS I pigmentjeihez kerülnek.

Ugyanakkor a PS I reakcióközpontjában lévő elektronok is gerjesztődnek, amikor 700 nm hullámhosszú vörös fényt kapnak. Ezután átkerülnek egy másik akceptor molekulába, amelynek nagyobb a redoxpotenciálja.

Z séma: Ezeket az elektronokat ezután ismét lefelé mozgatják, egy energiában gazdag NADP + molekulához. Ezen elektronok hozzáadásával a NADP + NADPH + H + -ra redukálódik. Ezt az egész elektronátvitelt a PS II-ről az akceptorra, a PS I-re, egy másik akceptorra és végül a NADP+-ra, jellegzetes alakja miatt Z-sémának nevezik.

Víz hasítása

A víz H + -ra, [O]-ra és elektronokra hasad. A vízfelhasadás a PS II-hez kapcsolódik. Ez oxigént hoz létre. A Photosystem II helyettesíti a PS I-ből eltávolított elektronokat.

Ciklikus és nem ciklikus fotofoszforiláció

  • Az ATP szintézisét ADP-ből és szervetlen foszfátból fény jelenlétében fotofoszforilációnak nevezik.
  • Amikor a két fotorendszer egy sorozatban működik, először a PS II, majd a PS I, egy nem ciklikus fotofoszforilációnak nevezett folyamat megy végbe.
  • Ha csak a PS I működik, az elektron keringetik a fotorendszerben, és az elektronok ciklikus áramlása foszforilációhoz vezet. A stroma lamellák a foszforiláció lehetséges helyei. A stroma lamellákból hiányzik a PS II és a NADP reduktáz enzim. A gerjesztett elektron nem jut át ​​a NADP +-hoz, hanem visszakerül a PS I komplexbe. Ezért a ciklikus áramlás csak az ATP szintézisét eredményezi, a NADPH + H + szintézisét nem. Ciklikus fotofoszforiláció akkor is előfordul, ha csak 680 nm-nél nagyobb hullámhosszú fény áll rendelkezésre a gerjesztéshez.

Kemiozmotikus hipotézis

Az ATP szintézise kloroplasztiszban kemiozmotikus hipotézissel magyarázható. Ahogyan ez a légzésben történik, az ATP szintézis a fotoszintézis során azért történik, mert protongradiens alakul ki a membránon, azaz a tilakoid membránján. A következő lépések a tilakoid membránon keresztüli protongradiens kialakulásában vesznek részt.

Amikor az elektronok áthaladnak a fotorendszereken, a protonok átjutnak a membránon. Az elektron elsődleges akceptorja a membrán külső oldala felé helyezkedik el. Elektronjait nem elektronhordozóra, hanem H hordozóra adja át. Ennek köszönhetően egy protont eltávolít a stromából, miközben elektront szállít. Amikor az elektron a membrán belső oldalán lévő elektronhordozóhoz jut, a proton a membrán belső vagy lumen oldalára szabadul fel.

A NADP reduktáz enzim a membrán stroma oldalán található. Protonok szükségesek a NADP + NADPH + H + -dá redukálásához is. Ezeket a protonokat a stromából is eltávolítják.

Így a stromában lévő protonok száma csökken, és felhalmozódnak a lumenben. Ez protongradiens kialakulását eredményezi a tilakoid membránon keresztül. Ezenkívül a lumen pH-értéke mérhetően csökken.

Ennek a gradiensnek a felbomlása energia felszabadulásához vezet. A protonoknak a membránon keresztül a stromába történő mozgása ennek a gradiensnek a lebomlását eredményezi. A protonok mozgása az ATPáz F0 transzmembrán csatornáján keresztül megy végbe.

Az ATPáz enzim két részből áll. Az egyik részt F0-nak hívják, és a membránba van beágyazva. Ez egy transzmembrán csatornát képez, amely elősegíti a protonok diffúzióját a membránon keresztül. A másik részt F1-nek hívják. A tilakoid membrán külső felületén nyúlik ki a lumen oldalán.

A gradiens lebomlása elegendő energiát biztosít ahhoz, hogy megváltozzon az ATPáz F1 részecskéjében, ami több, energiával csomagolt ATP molekula szintézisét eredményezi.

Összefoglalva, elmondható, hogy a kemiomózishoz membránra, protonpumpára, proton gradiensre és ATPázra van szükség. Az energiát a protonok membránon való átpumpálására használják fel, hogy proton gradienst hozzanak létre a tilakoid membránon belül. Az ATPáznak van egy csatornája. Ez a csatorna lehetővé teszi a protonok visszadiffundálását a membránon keresztül. A protonok diffúziója elegendő energiát szabadít fel az ATPáz enzim aktiválásához. Az ATPáz enzim katalizálja az ATP képződését. A NADPH-t és az ATP-t a stromában végbemenő bioszintetikus reakcióban használják. Ez a reakció felelős a CO rögzítéséért2 és cukrok szintéziséhez.



Hozzászólások:

  1. Vudolmaran

    Egyetértek, ez a hasznos kifejezés

  2. Daik

    oddly enough, but the analogue is?

  3. Freddie

    BIG WORSHIP TO THE CREATORS

  4. Legget

    Wonderful, this is a funny phrase

  5. Votilar

    The people in such cases say - Ahal would be uncle, looking at himself.



Írj egy üzenetet