Sisu
- Mis on redoksi reaktsioonid?
- Kus asub elektronide transpordiahela reaktsioon Eukarüootides?
- Kuidas mitokondrion välja näeb?
- Kus toimub ETK reaktsioon Prokarüootides?
- Mis juhtub elektronide transpordiahela ajal?
- Mis on ETC nelja kompleksi funktsioon?
- Miks on elektronide transpordiahel oluline?
- Kuidas hapnik siseneb mitokondritesse?
- Rakuhingamise ja ETC keemiline ülevaade
- Elektronketi transpordimehhanismi pärssimine
Enamik elusrakke toodab toitainetest energiat rakulise hingamise kaudu, mis hõlmab energia eraldamiseks hapniku tarbimist. Elektronide transpordiahel ehk ETC on selle protsessi kolmas ja viimane etapp, ülejäänud kaks on see glükolüüs ja sidrunhappe tsükkel.
Toodetud energia salvestatakse kujul ATP või adenosiintrifosfaat, mis on nukleotiid, mida leidub elusorganismides.
ATP molekulid salvestavad energiat nendesse fosfaatsidemed. ETC on energia seisukohast kõige olulisem rakkude hingamise etapp, kuna see tekitab kõige rohkem ATP-d. Redoksreaktsioonide seerias vabaneb energia ja seda kasutatakse kolmanda fosfaatrühma kinnitamiseks adenosiindifosfaadile, et luua ATP kolme fosfaadirühmaga.
Kui rakk vajab energiat, purustab ta kolmanda fosfaatrühma sideme ja kasutab saadud energiat.
Mis on redoksi reaktsioonid?
Paljud rakkude hingamise keemilised reaktsioonid on redoksreaktsioonid. Need on rakuliste ainete interaktsioonid, millega kaasneb vähendamine ja oksüdatsioon (või redoks) samal ajal. Kui elektronid siirduvad molekulide vahel, oksüdeeritakse üks kemikaalide komplekt, teine aga redutseeritakse.
Redoksreaktsioonide seeria moodustab elektronide transpordiahela.
Oksüdeerunud kemikaalid on redutseerijad. Nad võtavad vastu elektrone ja vähendavad teisi aineid, võttes nende elektronid. Need muud kemikaalid on oksüdeerivad ained. Nad annetavad elektrone ja oksüdeerivad redox keemilises reaktsioonis teisi pooli.
Kui toimub rida redokskeemilisi reaktsioone, saab elektrone mitme etapi kaudu edasi anda, kuni nad lõpuks ühendatakse lõpliku redutseerijaga.
Kus asub elektronide transpordiahela reaktsioon Eukarüootides?
Arenenud organismide või eukarüootide rakkudel on a tuum ja neid nimetatakse eukarüootseteks rakkudeks. Nendel kõrgema taseme lahtritel on ka väikesed membraaniga seotud struktuurid, mida nimetatakse mitokondriteks ja mis toodavad rakule energiat. Mitokondrid on nagu väikesed tehased, mis genereerivad energiat ATP molekulide kujul. Mitokondrite sees toimuvad elektronide transpordiahela reaktsioonid.
Sõltuvalt raku tööst võib rakkudes olla mitokondreid rohkem või vähem. Lihasrakke on mõnikord tuhandeid, kuna nad vajavad palju energiat. Taimerakkudel on ka mitokondrid; nad toodavad glükoosi fotosünteesi teel ja seejärel kasutatakse seda raku hingamisel ja lõpuks mitokondrites elektronide transpordiahelas.
ETC reaktsioonid toimuvad mitokondrite sisemembraanil ja selle kohal. Veel üks rakkude hingamise protsess - sidrunhappe tsükkel, toimub mitokondrites ja tarnib mõnda kemikaali, mida on vaja ETC reaktsioonides. Euroopa tehniliste koostalitlusnõuete tehnilised parameetrid sisemine mitokondriaalne membraan sünteesida ATP molekule.
Kuidas mitokondrion välja näeb?
Mitokondrioon on pisike ja palju väiksem kui rakk. Selle õigeks nägemiseks ja selle struktuuri uurimiseks on vaja mitu tuhat korda suurendusega elektronmikroskoopi. Elektronmikroskoobi pildid näitavad, et mitokondrioonil on sile, piklik välismembraan ja a tugevalt volditud sisemine membraan.
Sisemise membraani voldid on sõrmede kujuga ja ulatuvad sügavale mitokondri sisemusse. Sisemise membraani sisemuses on vedelikku, mida nimetatakse maatriksiks, ning sisemise ja välimise membraani vahel on viskoosne vedelikuga täidetud piirkond, mida nimetatakse intermembraanne ruum.
Sidrunhappe tsükkel toimub maatriksis ja sellest saadakse mõned ühendid, mida ETC kasutab. ETC võtab nendest ühenditest elektronid ja viib tooted tagasi sidrunhappe tsüklisse. Sisemembraani voldid annavad sellele suure pinna, kus on palju ruumi elektronide transpordiahela reaktsioonidele.
Kus toimub ETK reaktsioon Prokarüootides?
Enamik üherakulisi organisme on prokarüootid, mis tähendab, et rakkudel puudub tuum. Nendel prokarüootsetel rakkudel on lihtne struktuur, mille rakusein ja rakumembraanid ümbritsevad raku ja kontrollivad seda, mis rakusse läheb ja rakust välja läheb. Prokarüootsetes rakkudes puuduvad mitokondrid ja muu membraaniga seotud organellid. Selle asemel toimub raku energia tootmine kogu rakus.
Mõned prokarüootsed rakud, näiteks rohevetikad, võivad fotosünteesi teel toota glükoosi, teised aga neelavad glükoosi sisaldavaid aineid. Seejärel kasutatakse glükoosi raku hingamise abil raku energia tootmiseks.
Kuna nendel rakkudel ei ole mitokondreid, peab raku hingamise lõpus toimuv ETC reaktsioon toimuma rakumembraanidel ja nende kohal, mis asuvad just raku seina sees.
Mis juhtub elektronide transpordiahela ajal?
ETC kasutab sidrunhappe tsükli toodetud kemikaalidest pärinevaid kõrge energiaga elektrone ja viib need neli sammu madala energia tasemeni. Nendest keemilistest reaktsioonidest saadavat energiat kasutatakse ära pumba prootonid üle membraani. Seejärel hajuvad need prootonid läbi membraani tagasi.
Prokarüootsete rakkude korral pumbatakse valgud üle raku ümbritsevate rakumembraanide. Mitokondritega eukarüootsete rakkude korral pumbatakse prootonid sisemise mitokondriaalse membraani kaudu maatriksist membraanidevahelisse ruumi.
Keemiliste elektronide doonorite hulka kuuluvad NADH ja VABAD samas kui lõplik elektronaktseptor on hapnik. Kemikaalid NAD ja FAD antakse tagasi sidrunhappe tsüklile, samal ajal kui hapnik ühineb vesinikuga, moodustades vee.
Läbi membraanide pumbatavad prootonid tekitavad a prootoni gradient. Gradient tekitab prootoni-liikumapaneva jõu, mis võimaldab prootonitel liikuda läbi membraanide tagasi. See prootonliikumine aktiveerib ATP süntaasi ja loob ADP-st ATP molekule. Üldist keemilist protsessi nimetatakse oksüdatiivne fosforüülimine.
Mis on ETC nelja kompleksi funktsioon?
Neli keemilist kompleksi moodustavad elektronide transpordiahela. Neil on järgmised funktsioonid:
Selle protsessi lõpus prootonite gradiendi produtseerib iga kompleks prootonite membraanide pumpamisega. Saadud prooton-liikumapanev jõud prootonid tõmbavad membraane läbi ATP süntaasi molekulide.
Kui nad läbivad mitokondriaalset maatriksit või prokarüootse raku sisemust, võimaldab prootonite toime ATP süntaasi molekulil lisada fosfaatrühma ADP või adenosiindifosfaadi molekulile. ADP-st saab ATP või adenosiintrifosfaat ja energia salvestub ekstra fosfaatsidemesse.
Miks on elektronide transpordiahel oluline?
Kõik kolm raku hingamise faasi hõlmavad olulisi rakuprotsesse, kuid ETC tekitab vaieldamatult kõige rohkem ATP-d. Kuna energia tootmine on rakkude hingamise üks põhifunktsioone, on ATP sellest vaatenurgast kõige olulisem.
Seal, kus ETC toodab kuni 34 molekuli ATP-d ühe glükoosimolekuli saadustest moodustab sidrunhappe tsükkel kaks ja glükolüüs annab neli ATP molekuli, kuid kasutab neist kaht.
ETC teine põhifunktsioon on tootmine NAD ja FAD NADH-ist ja FADH-st kahes esimeses keemilises kompleksis. ETC kompleksi I ja kompleksi II reaktsioonide produktideks on NAD ja FAD molekulid, mis on vajalikud sidrunhappe tsüklis.
Selle tulemusel sõltub sidrunhappe tsükkel ETC-st. Kuna ETC saab toimuda ainult hapniku juuresolekul, mis toimib lõpliku elektronaktseptorina, saab raku hingamistsükkel täielikult toimida ainult siis, kui organism võtab hapniku sisse.
Kuidas hapnik siseneb mitokondritesse?
Kõik arenenud organismid vajavad ellujäämiseks hapnikku. Mõned loomad hingavad hapnikku õhust, samas kui veeloomadel võib olla lõpused või neelavad hapnikku nende kaudu nahad.
Kõrgematel loomadel absorbeerivad punased verelibled hapnikku kopsud ja viige see kehasse. Arterid ja seejärel pisikesed kapillaarid jaotavad hapniku kogu keha kudedesse.
Kuna mitokondrid kulutavad vee moodustamiseks hapnikku, hajub hapnik punastest verelibledest välja. Hapniku molekulid rändavad läbi rakumembraanide ja raku sisemusse. Kuna olemasolevad hapniku molekulid on ära kasutatud, võtavad uued molekulid oma koha.
Kuni hapnikku on piisavalt, suudavad mitokondrid varustada kogu raku vajaliku energiaga.
Rakuhingamise ja ETC keemiline ülevaade
Glükoos on a süsivesikud mis oksüdeerumisel tekitab süsinikdioksiidi ja vett. Selle protsessi käigus juhitakse elektronid elektronide transpordiahelasse.
Elektronide voolu kasutavad mitokondrite või rakumembraanides olevad valgukompleksid vesinikuioonide transportimiseks, H + , läbi membraanide. Rohkemate vesinikioonide olemasolu väljaspool membraani tekitab pH tasakaalustamatuse happelisema lahusega väljaspool membraani.
PH tasakaalustamiseks voolavad vesinikuioonid läbi membraani läbi ATP süntaasi valgukompleksi, juhtides ATP molekulide moodustumist. Elektronidest kogutud keemiline energia muudetakse elektrokeemiliseks energiavormiks, mida hoitakse vesinikuioonide gradiendis.
Kui elektrokeemiline energia vabaneb vesinikuioonide või prootonite voolu kaudu ATP süntaasi kompleksi kaudu, muudetakse see biokeemiline energia vormis ATP.
Elektronketi transpordimehhanismi pärssimine
ETC reaktsioonid on ülitõhus viis raku energia tootmiseks ja talletamiseks, mida ta kasutab liikumisel, paljunemisel ja ellujäämisel. Kui üks reaktsioonide seeriast blokeeritakse, ETC enam ei toimi ja sellele toetuvad rakud surevad.
Mõnedel prokarüootidel on alternatiivsed energiatootmise viisid, kasutades lõpliku elektronaktseptorina muid aineid peale hapniku, kuid eukarüootsed rakud sõltuvad energiavajadusest oksüdatiivsest fosforüülimisest ja elektronide transpordiahelast.
Ained, mis võivad pärssida ETC toimet, võivad blokeerida redoksreaktsioone, pärssida prootoniülekannet või modifitseerida võtmeensüüme. Kui paradoksietapp blokeeritakse, peatub elektronide ülekanne ja oksüdeerumine toimub hapnikuotsa kõrgel tasemel, samal ajal kui edasine redutseerimine toimub ahela alguses.
Kui prootonid ei saa üle membraanide üle kanduda või ensüümid, näiteks ATP süntaas, lagunevad, peatub ATP tootmine.
Mõlemal juhul lagunevad rakufunktsioonid ja rakk sureb.
Taimsed ained nagu rotenoon, ühendid nagu tsüaniid ja antibiootikumid nagu antimütsiin Seda saab kasutada ETC reaktsiooni pärssimiseks ja rakusurma põhjustamiseks.
Näiteks kasutatakse rotenooni insektitsiidina ja bakterite tapmiseks kasutatakse antibiootikume. Kui on vaja kontrollida organismi vohamist ja kasvu, võib ETC-d vaadelda kui väärtuslikku rünnakupunkti. Selle funktsiooni häirimine võtab rakult ära energia, mida ta vajab elamiseks.