18.3 D: Electron Transport Chain and Chemisomosis

cele nauki

  1. krótko opisano funkcję łańcucha transportu elektronów podczas oddychania tlenowego.
  2. krótko opisuje chemiosmotyczną teorię wytwarzania ATP w wyniku łańcucha transportu elektronów.
  3. Porównaj gdzie łańcuch transportu elektronów występuje w komórkach prokariotycznych i w komórkach eukariotycznych.
  4. Stan, co oznacza siła napędowa protonu.
  5. opisują funkcję syntaz ATP w chemiosmosie.
  6. podać końcowy akceptor elektronów i produkt końcowy utworzony pod koniec oddychania tlenowego.

podczas różnych etapów glikolizy i cyklu kwasu cytrynowego utlenianie niektórych pośrednich cząsteczek prekursorów powoduje redukcję NAD+ do NADH + H+ I Fad do FADH2. NADH i FADH2 następnie przenoszą protony i elektrony do łańcucha transportu elektronów, aby wytworzyć dodatkowe ATP przez fosforylację oksydacyjną .

jak wspomniano w poprzedniej sekcji na temat energii, podczas procesu oddychania tlenowego, sprzężone reakcje utleniania-redukcji i nośniki elektronów są często częścią tak zwanego łańcucha transportu elektronów , serii nośników elektronów, które ostatecznie przenoszą elektrony z NADH i FADH2 do tlenu. Dyfuzyjne nośniki elektronów NADH i FADH2 przenoszą atomy wodoru (protony i elektrony) z substratów w egzergonicznych szlakach katabolicznych, takich jak glikoliza i cykl kwasu cytrynowego, do innych nośników elektronów osadzonych w błonach. Te związane z błoną nośniki elektronów obejmują flawoproteiny, białka żelaza i siarki, chinony i cytochromy. Ostatni nośnik elektronów w łańcuchu transportu elektronów przenosi elektrony do końcowego akceptora elektronów, tlenu.

uwalnianie energii z układu transportu elektronów. W systemie transportu elektronów elektrony przechodzą od nośnika do nośnika poprzez serię reakcji utleniania-redukcji. Podczas każdego transferu uwalniana jest część energii.
Figure \(\PageIndex{1}\): Uwolnienie energii z układu transportu elektronów. W systemie transportu elektronów elektrony przechodzą od nośnika do nośnika poprzez serię reakcji utleniania-redukcji. Podczas każdego transferu uwalniana jest część energii.

teoria chemiosmotyczna wyjaśnia funkcjonowanie łańcuchów transportu elektronów. Zgodnie z tą teorią, przeniesienie elektronów w dół układu transportu elektronów przez szereg reakcji utleniania-redukcji uwalnia energię (rysunek \(\PageIndex{1}\)). Energia ta pozwala niektórym nośnikom w łańcuchu transportować jony wodorowe (H+ lub protony) przez błonę.

w zależności od rodzaju komórki łańcuch transportu elektronów może znajdować się w błonie cytoplazmatycznej lub błonie wewnętrznej mitochondriów.

  • w komórkach prokariotycznych protony są transportowane z cytoplazmy bakterii przez błonę cytoplazmatyczną do przestrzeni peryplazmatycznej znajdującej się między błoną cytoplazmatyczną a ścianą komórkową .
  • w komórkach eukariotycznych protony są transportowane z matrycy mitochondriów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną do przestrzeni międzybłonowej znajdującej się między wewnętrzną i zewnętrzną błoną mitochondrialną (rysunek \(\PageIndex{2}\)).

akumulacja protonów w przestrzeni Międzymięśniowej mitochondriów. W mitochondriach komórek eukariotycznych protony (H+) są transportowane z matrycy do przestrzeni międzybłonowej między wewnętrzną i zewnętrzną błoną mitochondrialną, aby wytworzyć siłę napędową protonów.
rysunek \(\PageIndex{2}\): nagromadzenie protonów w przestrzeni Międzybłonowej mitochondriów. W mitochondriach komórek eukariotycznych protony (H+) są transportowane z matrycy do przestrzeni międzybłonowej między wewnętrzną i zewnętrzną błoną mitochondrialną, aby wytworzyć siłę napędową protonów.

ponieważ jony wodorowe gromadzą się po jednej stronie membrany, stężenie jonów wodorowych tworzy gradient elektrochemiczny lub różnicę potencjałów (napięcia) w całej membranie. (Płyn po stronie membrany, gdzie gromadzą się protony, otrzymuje ładunek dodatni; płyn po przeciwnej stronie membrany pozostaje z ładunkiem ujemnym.) Stan naładowania membrany w wyniku tej separacji ładunków nazywany jest siłą napędową protonu lub PMF.

syntaza ATP generująca ATP. Teoria chemiosmotyczna wyjaśnia funkcjonowanie łańcuchów transportu elektronów. Zgodnie z tą teorią, przeniesienie elektronów w dół układu transportu elektronów poprzez szereg reakcji utleniania-redukcji uwalnia energię.
Figure \(\PageIndex{3}\): syntaza ATP generująca ATP. Teoria chemiosmotyczna wyjaśnia funkcjonowanie łańcuchów transportu elektronów. Zgodnie z tą teorią, przeniesienie elektronów w dół układu transportu elektronów poprzez szereg reakcji utleniania-redukcji uwalnia energię. Energia ta pozwala niektórym nośnikom w łańcuchu transportować jony wodorowe (H+ lub protony) przez błonę. Ponieważ jony wodorowe gromadzą się po jednej stronie membrany, stężenie jonów wodorowych tworzy gradient elektrochemiczny lub różnicę potencjałów (napięcia) w całej membranie. (Płyn po stronie membrany, gdzie gromadzą się protony, otrzymuje ładunek dodatni; płyn po przeciwnej stronie membrany pozostaje z ładunkiem ujemnym.) Stan naładowania membrany w wyniku tej separacji ładunków nazywany jest siłą napędową protonu lub PMF. Ta siła napędowa protonu dostarcza energii niezbędnej dla enzymów zwanych syntazami ATP, znajdujących się również w wyżej wymienionych błonach, do katalizowania syntezy ATP z ADP i fosforanu. Ta generacja ATP zachodzi, gdy protony przechodzą przez błonę przez kompleksy syntazy ATP i ponownie wchodzą albo do cytoplazmy bakteryjnej, albo do matrycy mitochondriów. Gdy protony poruszają się w dół gradientu stężenia przez syntazę ATP, uwolniona energia powoduje rotację wirnika i pręta syntazy ATP. Energia mechaniczna z tego obrotu jest przekształcana w energię chemiczną, gdy fosforan jest dodawany do ADP tform ATP.

Ta siła napędowa protonu dostarcza energii niezbędnej dla enzymów zwanych syntazami ATP (patrz rysunek \(\PageIndex{3}\)), również znajdujących się w błonach wymienionych powyżej, do katalizowania syntezy ATP z ADP i fosforanu. Ta generacja ATP zachodzi, gdy protony przechodzą przez błonę przez kompleksy syntazy ATP i ponownie wchodzą do cytoplazmy bakteryjnej (rysunek \(\PageIndex{4}\)) lub matrycy mitochondriów. Gdy protony poruszają się w dół gradientu stężenia przez syntazę ATP, uwolniona energia powoduje rotację wirnika i pręta syntazy ATP. Energia mechaniczna z tego obrotu jest przekształcana w energię chemiczną, gdy fosforan jest dodawany do ADP, tworząc ATP.

rozwój siły napędowej protonów z Chemiosmosis i wytwarzanie ATP. W systemie transportu elektronów energia z transferu elektronów podczas reakcji utleniania-redukcji umożliwia niektórym nośnikom transport protonów (H+) przez błonę.
rysunek \(\PageIndex{4}\): rozwój siły napędowej protonu z Chemiosmosis i wytwarzanie ATP. W systemie transportu elektronów energia z transferu elektronów podczas reakcji utleniania-redukcji umożliwia niektórym nośnikom transport protonów (H+) przez błonę. Wraz ze wzrostem stężenia H+ po jednej stronie błony rozwija się gradient elektrochemiczny zwany siłą napędową protonu. Ponowne wejście protonów przez kompleks enzymatyczny o nazwie syntaza ATP dostarcza energii do syntezy ATP z ADP i fosforanu.

siła napędowa protonu jest również wykorzystywana do transportu substancji przez błony podczas transportu aktywnego i do obracania wici bakteryjnej.

na końcu łańcucha transportu elektronów biorącego udział w oddychaniu tlenowym, ostatni nośnik elektronów w membranie przenosi 2 elektrony do połowy cząsteczki tlenu (atomu tlenu), która jednocześnie łączy się z 2 protonami z otaczającego ośrodka, aby wytworzyć wodę jako produkt końcowy (rysunek \(\PageIndex{5}\)).

wytwarzanie ATP podczas oddychania tlenowego przez fosforylację oksydacyjną z udziałem układu transportu elektronów i Chemiosmozy.
rysunek \(\PageIndex{5}\): wytwarzanie ATP podczas oddychania tlenowego przez fosforylację oksydacyjną z udziałem układu transportu elektronów i Chemiosmozy. NADH i FADH2 przenoszą protony (H+) i elektrony (e -) do łańcucha transportu elektronów znajdującego się w błonie. Energia z transferu elektronów wzdłuż łańcucha transportuje protony przez membranę i tworzy gradient elektrochemiczny. Ponieważ gromadzące się protony podążają za gradientem elektrochemicznym przez błonę przez kompleks syntazy ATP, ruch protonów dostarcza energii do syntezy ATP z ADP i fosforanu. Na końcu układu transportu elektronów dwa protony, dwa elektrony i połowa cząsteczki tlenu łączą się tworząc wodę. Ponieważ tlen jest końcowym akceptorem elektronów, proces ten nazywany jest oddychaniem tlenowym.

film ilustrujący system transportu elektronów w mitochondriach komórek eukariotycznych.

podsumowanie

  1. oddychanie tlenowe obejmuje cztery etapy: glikolizę, reakcję przejściową, która tworzy acetylokoenzym a, cykl kwasu cytrynowego (Krebsa) oraz łańcuch transportu elektronów i chemiosmozę.
  2. podczas różnych etapów glikolizy i cyklu kwasu cytrynowego utlenianie niektórych pośrednich cząsteczek prekursorów powoduje redukcję NAD + do NADH + H + I Fad do FADH2. NADH i FADH2 następnie przenoszą protony i elektrony do łańcucha transportu elektronów, aby wytworzyć dodatkowe ATP przez fosforylację oksydacyjną.
  3. łańcuch transportu elektronów składa się z szeregu nośników elektronów, które ostatecznie przenoszą elektrony z NADH i FADH2 do tlenu.
  4. teoria chemiosmotyczna głosi, że przenoszenie elektronów w systemie transportu elektronów przez szereg reakcji utleniania-redukcji uwalnia energię. Energia ta pozwala niektórym nośnikom w łańcuchu transportować jony wodorowe (H+ lub protony) przez błonę.
  5. gdy jony wodorowe gromadzą się po jednej stronie membrany, stężenie jonów wodorowych tworzy gradient elektrochemiczny lub różnicę potencjałów (napięcia) w obrębie membrany, zwaną siłą napędową protonu.
  6. ta siła napędowa protonu dostarcza energii niezbędnej dla enzymów zwanych syntazami ATP, również znajdujących się w wyżej wymienionych błonach, do katalizowania syntezy ATP z ADP i fosforanu.
  7. podczas oddychania tlenowego ostatni nośnik elektronów w membranie przenosi 2 elektrony do połowy cząsteczki tlenu (atomu tlenu), która jednocześnie łączy się z 2 protonami z otaczającego ośrodka, aby wytworzyć wodę jako produkt końcowy.

autorzy i atrybuty

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

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *