18.3 D: Elektron Transportní Řetězec a Chemisomosis

Vzdělávací Cíle

  1. Stručně describethe funkce elektronového transportního řetězce v průběhu aerobní respirace.
  2. stručně popisujechemiosmotická teorie generování ATP v důsledku elektronového transportního řetězce.
  3. Porovnejte, kde se elektronový transportní řetězec vyskytuje v prokaryotických buňkách a v eukaryotických buňkách.
  4. uveďte, co je míněno protonovou hnací silou.
  5. uvádí funkci ATP syntáz v chemiosmóze.
  6. uveďte konečný akceptor elektronů a konečný produkt vytvořený na konci aerobního dýchání.

Během různých kroků v glykolýza a citrátový cyklus, oxidace některých intermediate prekurzorových molekul způsobuje redukci NAD+ na NADH + H+ a FAD na FADH2. NADH a FADH2 pak přenášejí protony a elektrony do transportního řetězce elektronů za vzniku dalších ATP oxidační fosforylací .

Jak již bylo zmíněno v předchozí části na energii během procesu aerobní respirace, spolu oxidačně-redukční reakce a přenašeče elektronů jsou často součástí toho, co se nazývá elektronový transportní řetězec , série elektronové nosiče, které nakonec přenáší elektrony z NADH a FADH2 na kyslík. Na difúzní přenašeče elektronů NADH a FADH2 nesou atomy vodíku (protony a elektrony) ze substrátů v exergonické katabolické dráhy jako glykolýzy a citrátového cyklu na další přenašeče elektronů, které jsou vloženy do membrány. Tyto membránové elektronové nosiče zahrnují flavoproteiny, proteiny železa a síry, chinony a cytochromy. Poslední elektronový nosič v elektronovém transportním řetězci přenáší elektrony do koncového akceptoru elektronů, kyslíku.

uvolnění energie z transportního systému elektronů. V elektronovém transportním systému elektrony procházejí z nosiče na nosič řadou oxidačně-redukčních reakcí. Během každého přenosu se uvolní určitá energie.
obrázek \(\PageIndex{1}\): Uvolňování energie z elektronového transportního systému. V elektronovém transportním systému elektrony procházejí z nosiče na nosič řadou oxidačně-redukčních reakcí. Během každého přenosu se uvolní určitá energie.

chemiosmotická teorie vysvětluje fungování elektronového transportního řetězce. Podle této teorie přenos elektronů dolů elektronovým transportním systémem prostřednictvím řady oxidačně-redukčních reakcí uvolňuje energii (obrázek \(\PageIndex{1}\)). Tato energie umožňuje určitým nosičům v řetězci transportovat vodíkové ionty (H+ nebo protony) přes membránu.

V závislosti na typu buňky může být transportní řetězec elektronů nalezen v cytoplazmatické membráně nebo ve vnitřní membráně mitochondrií.

  • V prokaryotické buňky, protony jsou transportovány z cytoplazmy bakterií přes cytoplazmatickou membránu do periplasmic prostor se nachází mezi cytoplazmatickou membránu a buněčnou stěnu .
  • V eukaryotické buňky, protony jsou transportovány z matrix mitochondrie přes vnitřní mitochondriální membránu do mezimembránového prostoru se nachází mezi vnitřní a vnější mitochondriální membrány (viz Obrázek \(\PageIndex{2}\)).

Hromadění Protonů do Mezimembránového Prostoru Mitochondrií. V mitochondriích eukaryotických buněk, protony (H+) jsou přepravovány z matrix do mezimembránového prostoru mezi vnitřní a vnější mitochondriální membrány vyrábět proton motive force.
Obrázek \(\PageIndex{2}\): Akumulace Protonů do Mezimembránového Prostoru Mitochondrií. V mitochondriích eukaryotických buněk, protony (H+) jsou přepravovány z matrix do mezimembránového prostoru mezi vnitřní a vnější mitochondriální membrány vyrábět proton motive force.

Jako vodíkové ionty se hromadí na jedné straně membrány, koncentrace vodíkových iontů vytváří elektrochemický gradient nebo potenciální rozdíl (napětí) na membráně. (Tekutina na straně membrány, kde se protony hromadí, získává kladný náboj; tekutina na opačné straně membrány je ponechána se záporným nábojem.) Pod napětím stav membrány v důsledku této separace náboje se nazývá protonová hnací síla nebo PMF.

ATP syntáza generující ATP. Chemiosmotická teorie vysvětluje fungování elektronových transportních řetězců. Podle této teorie, přenos elektronů dolů elektronový transportní systém prostřednictvím řady oxidačně-redukčních reakcí uvolňuje energii.
obrázek \(\PageIndex{3}\): ATP syntáza generující ATP. Chemiosmotická teorie vysvětluje fungování elektronových transportních řetězců. Podle této teorie, přenos elektronů dolů elektronový transportní systém prostřednictvím řady oxidačně-redukčních reakcí uvolňuje energii. Tato energie umožňuje určitým nosičům v řetězci transportovat vodíkové ionty (H+ nebo protony) přes membránu. Jako vodíkové ionty se hromadí na jedné straně membrány, koncentrace vodíkových iontů vytváří elektrochemický gradient nebo potenciální rozdíl (napětí) na membráně. (Tekutina na straně membrány, kde se protony hromadí, získává kladný náboj; tekutina na opačné straně membrány je ponechána se záporným nábojem.) Pod napětím stav membrány v důsledku této separace náboje se nazývá protonová hnací síla nebo PMF. Tato protonová hnací síla poskytuje energii nezbytnou pro enzymy zvané ATP syntázy, které se také nacházejí ve výše uvedených membránách, aby katalyzovaly syntézu ATP z ADP a fosfátu. K této generaci ATP dochází, když protony procházejí membránou komplexy ATP syntázy a znovu vstupují do bakteriální cytoplazmy nebo matrice mitochondrií. Jak se protony pohybují dolů po koncentračním gradientu přes ATP syntázu, uvolněná energie způsobí rotor a tyč ATP syntázy k otáčení. Mechanická energie z této rotace se přemění na chemickou energii, protože fosfát se přidává do ADP tform ATP.

Tento proton motive force poskytuje energii potřebnou pro enzymy zvané ATP synthases (viz Obrázek \(\PageIndex{3}\)), také se nachází v membránách bylo uvedeno výše, k katalyzují syntézu ATP z ADP a fosfátu. Tato generace ATP se vyskytuje jako protonů přes membránu přes ATP syntázu komplexy a re-zadejte buď bakteriální cytoplazmě (Obrázek \(\PageIndex{4}\)), nebo matrix mitochondrií. Jak se protony pohybují dolů po koncentračním gradientu přes ATP syntázu, uvolněná energie způsobí rotor a tyč ATP syntázy k otáčení. Mechanická energie z této rotace se přemění na chemickou energii, protože fosfát se přidává do ADP za vzniku ATP.

vývoj protonové hnací síly z Chemiosmózy a generace ATP. V elektronovém transportním systému umožňuje energie z přenosu elektronů během oxidačně-redukčních reakcí určitým nosičům transport protonů (H+) přes membránu.
obrázek \(\PageIndex{4}\): vývoj protonové hybné síly z Chemiosmózy a generace ATP. V elektronovém transportním systému umožňuje energie z přenosu elektronů během oxidačně-redukčních reakcí určitým nosičům transport protonů (H+) přes membránu. Jak se koncentrace H+ zvyšuje na jedné straně membrány, vyvíjí se elektrochemický gradient zvaný protonová hnací síla. Re-entry protonů přes enzym komplex zvaný ATP syntáza poskytuje energii pro syntézu ATP z ADP a fosfátu.

Proton motive force se používá také k transportu látek přes membrány během aktivní transport a otočit bakteriální bičíky.

Na konci elektronového transportního řetězce zapojeni do aerobní dýchání, poslední přenašeč elektronů v membráně přenáší 2 elektrony na polovinu kyslíku molekula (atom kyslíku), které současně kombinuje s 2 protony z okolního média produkují vodu jako koncový produkt (viz Obrázek \(\PageIndex{5}\)).

produkce ATP během aerobního dýchání oxidační fosforylací zahrnující elektronový transportní systém a Chemiosmózu.
obrázek \(\PageIndex{5}\): produkce ATP během aerobního dýchání oxidační fosforylací zahrnující elektronový transportní systém a Chemiosmózu. NADH a FADH2 nesou protony (H+) a elektrony (e -) do elektronového transportního řetězce umístěného v membráně. Energie z přenosu elektronů podél řetězce přenáší protony přes membránu a vytváří elektrochemický gradient. Jako hromadění protonů postupujte podle elektrochemického gradientu přes membránu prostřednictvím ATP syntáza komplex, pohyb protonů poskytuje energii pro syntézu ATP z ADP a fosfátu. Na konci elektronového transportního systému se dva protony, dva elektrony a polovina molekuly kyslíku spojí a vytvoří vodu. Protože kyslík je konečným akceptorem elektronů, proces se nazývá aerobní dýchání.

Film ilustrující elektronového transportního systému v mitochondriích eukaryotických buněk.

Shrnutí

  1. Aerobní dýchání zahrnuje čtyři fáze: glykolýza, přechodné reakce, které tvoří acetyl koenzym A, kyseliny citrónové (Krebsův) cyklus a elektronový transportní řetězec a chemiosmózu.
  2. Během různých kroků v glykolýza a citrátový cyklus, oxidace některých intermediate prekurzorových molekul způsobuje redukci NAD+ na NADH + H+ a FAD na FADH2. NADH a FADH2 pak přenášejí protony a elektrony do transportního řetězce elektronů za vzniku dalších ATP oxidační fosforylací.
  3. elektronový transportní řetězec se skládá z řady elektronových nosičů, které nakonec přenášejí elektrony z NADH a FADH2 na kyslík.
  4. chemiosmotická teorie uvádí, že přenos elektronů dolů elektronovým transportním systémem prostřednictvím řady oxidačně-redukčních reakcí uvolňuje energii. Tato energie umožňuje určitým nosičům v řetězci transportovat vodíkové ionty (H+ nebo protony) přes membránu.
  5. Jako vodíkové ionty se hromadí na jedné straně membrány, koncentrace vodíkových iontů vytváří elektrochemický gradient nebo potenciální rozdíl (napětí) na membráně tzv. proton motive force.
  6. Tento proton motive force poskytuje energii potřebnou pro enzymy zvané ATP synthases, také se nachází v membránách bylo uvedeno výše, k katalyzují syntézu ATP z ADP a fosfátu.
  7. Během aerobní respirace, poslední přenašeč elektronů v membráně přenáší 2 elektrony na polovinu kyslíku molekula (atom kyslíku), které současně kombinuje s 2 protony z okolního média produkují vodu jako konečný produkt.

Contributors and Attributions

  • Dr. Gary Kaiser (COMMUNITY COLLEGE of BALTIMORE COUNTY, Catonsville CAMPUS)

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *