Zinxhir frymëmarrjes: enzima funksionale

Të gjitha reagimet biokimike në qelizat e çdo organizmi të ndodhë me shpenzimet e energjisë. zinxhiri i frymëmarrjes - një sekuencë struktura specifike që janë të vendosura në membranën e brendshme e Mitochondria dhe shërbejnë për formimin e ATP. Adenosine është një burim i gjithanshëm i energjisë dhe mund të mblidhen në 80 deri në 120 kJ.

Frymëmarrjes zinxhir elektron - çfarë është ajo?

Elektroneve dhe protoneve luajnë një rol të rëndësishëm në edukimin e energjisë. Ata krijojnë një ndryshim të tensionit në anët e kundërta membranën e Mitochondria që gjeneron një mocion të drejtuar e grimcave - aktuale. zinxhir respirator (it ETC, zinxhir transport elektron) është një ndërmjetës në transferimin e grimcave të ngarkuara pozitivisht në hapësirën intermembrane dhe grimcat e ngarkuar negativisht në trashësinë e membranës së brendshme të Mitochondria.

Roli kryesor në formimin e energjisë takon ATP-synthase. Ky grup kompleks i energjisë ndryshon drejtimin e levizjes proton në lidhjet biokimike të energjisë. Nga rruga, është pothuajse identike me Kompleksi është i vendosur në kloroplaste të bimëve.

Dhe komplekset e enzimave zinxhir respiratore

transferimi elektron është shoqëruar me reaksioneve biokimike në prani të sistemit enzimë. Këto substanca biologjikisht aktive, shumë kopje të cilat formojnë struktura të mëdha komplekse, shërbejnë si ndërmjetës në transferimin e elektroneve.

Komplekset e zinxhirit të frymëmarrjes - janë perberesit qendrore transportin e grimcave të ngarkuara. Total në membranën e brendshme mitokondriale 4 janë të formimit të tillë, si dhe ATP synthase. Të gjitha këto struktura të ndajnë një qëllim të përbashkët - mbështjellës ETJ elektron transferimin e protoneve hidrogjen në hapësirën intermembrane dhe, si pasojë, sintezën e ATP.

Kompleksi është një grup i molekulave të proteinave, ndër të cilat janë enzimat, strukturore dhe proteinat sinjalizim. Secila nga 4 komplekset përmbushjen e saj vetëm karakteristike, funksionin e tij. Le të shohim se cilat detyra në ETC paraqesë këto struktura.

I kompleks

Transferimi i elektroneve në brendësi të rolin membrana mitokondriale kryesor luan zinxhirit të frymëmarrjes. Eliminimi reaksioni i proton hidrogjenit dhe elektroneve shoqëruar - një nga reaksionet kryesore ETJ Një grup i parë i zinxhirit të transportit merr molekulë e NAD * H + (në kafshë) ose NADP * H + (bimët), pasuar nga copëtim prej katër proton hidrogjen. Në fakt, për shkak të këtij reagimi komplekse biokimike I është quajtur edhe NADH - dehidrogjenazë (i quajtur enzimë qendror).

Përbërja dehidrogjenazës proteinat e kompleksit hekur-squfurit përfshijnë 3 llojeve, dhe Flavin mononukleotid (FMN).

Kompleksi II

Funksionimi i këtij kompleksi nuk ka të bëjë me transferimin e protoneve hidrogjen në hapësirën intermembrane. Funksioni kryesor i kësaj strukture është të furnizimit elektrone shtesë për të zinxhirit të transportit elektron me anë të sukcinati oksidimi. kompleks qendror enzimë - succinate-ubikuinone oksidoreduktazës cila katalizon copëtim i elektroneve nga acid sucinik dhe transferimit te ubiquinone është lipofilik.

Furnizues të proton hidrogjenit dhe elektroneve në kompleksin e dytë është gjithashtu FAD * H _2. Megjithatë, Flavin efikasitetin adenin dinukleotidi më pak se ajo e analoge të saj - NAD ose NADP * H * H.

Përbërja II përbëhet nga tre llojeve të proteinave të ndërlikuara hekur-squfurit dhe qendror succinate oksidoreduktazës enzimë.

Kompleksi III

Komponenti tjetër i llogarisë, ETJ përbëhet nga citokromit b ₅₅₆ b _560, dhe c _1, si dhe hekur-squfur protein rrezik. Punësimin e setin e tretë është e lidhur me transferimin e dy proton hidrogjenit në hapësirën intermembrane dhe elektrone nga ubiquinone lipofilik të citokromit C.

Rrezik tipar i proteinave është se ajo shkrin në yndyrë. proteina të tjera të këtij grupi që plotësuar në komplekseve të zinxhirit të frymëmarrjes, të tretshëm në ujë. Ky funksion ndikon në pozicionin e molekulave proteinike në trashësinë e membranës së brendshme mitokondriale.

Grup i tretë i funksioneve si ubiquinone-citokromit c oksidoreduktazës.

IV kompleks

Ai kompleks citokromit-oxidant që është destinacioni i fundit në ETJ puna e tij është për të transferuar elektrone nga citokromit c për atome oksigjeni. Më pas ngarkuar negativisht O atome reagon me proton hidrogjenit te formuar ujë. Enzimë kryesore - citokromit c oksidoreduktazës oksigjen.

Struktura e kompleksit të katërt përfshin citokrom a, një _3, dhe dy atome bakrit. Roli qendror në transferimin e elektroneve te oksigjenit shkoi citokromit një _3. Ndërveprimi i këtyre strukturave është i shtypur cyanide azotit dhe monoksidit të karbonit, në një kuptim global, ajo çon në ndërprerjen e sintezës ATP dhe shkatërrim.

ubikuinone

Ubikuinone - një substancë vitaminë-like, nje komponim lipofilik, që lëviz lirisht në trashësinë e membranën. zinxhir mitokondriale frymëmarrjes nuk mund të bëjë pa këtë strukturë, dmth. k. Ai është përgjegjës për transportin elektronike nga komplekset I dhe II të kompleksit III.

Ubikuinone është një derivat benzoquinone. Kjo strukturë mund të jetë përmendur në letrën Skemat Q ose LN shkurtuar (ubiquinone lipophilic). Oksidimin e molekulës çon në formimin e semiquinone - një oxidizer fortë, e cila është të rrezikshme për qelizë.

ATP sintazës

Roli kryesor në formimin e energjisë takon ATP-synthase. Kjo strukturë përdor energjisë drejtuar lëvizjen gribopodobnaya e grimcave (protoneve) për të kthyer atë në energji kimike.

Procesi bazë që ndodh në të gjithë etj - është oksidimi. Zinxhiri i frymëmarrjes është përgjegjëse për transportin elektron në membranën mitokondriale trashë dhe akumulimin e tyre në matricë. Në të njëjtën kohë, komplekset e I, III dhe IV pompohet protone hidrogjenit në hapësirën intermembrane. Dallimi ngarkuar në anët e membranës të çon në lëvizjen e drejtuar e protoneve përmes synthase ATP. Që nga H + hyjë në matricën, elektrone janë plotësuar (se janë të lidhur me oksigjen), për të formuar një substancë neutral per qelizës - ujit.

ATP sintazës F0 përbëhet nga dhe Nënnjësitë F1 e cila së bashku formojnë molekulën router. F1 përbëhet nga tre tre alfa dhe beta nënnjësi, e cila së bashku formojnë një kanal. Ky kanal ka saktësisht të njëjtin diametër të, të cilat kanë një protonet hidrogjen. Me kalimin e grimcave të ngarkuara pozitivisht nëpër kokë synthase ATP F ₀ molekulave është shtrembëruar nga 360 gradë rreth boshtit të saj. Gjatë këtij kohe te AMP ose ADP (adenozinmono- dhe difosfat) janë bashkangjitur mbetje fosfat me një obligacioneve lartë të energjisë që rrethojnë sasi të madhe të energjisë.

ATP sintazës janë gjetur në trup, jo vetëm në Mitochondria. Në bimë, këto komplekse janë të vendosura edhe në membranën e vakuolave (tonoplast), si dhe thylakoids chloroplast.

Gjithashtu në kafshë qelizat dhe ATPases bimore janë të pranishëm. Ata kanë një strukturë të ngjashme si ajo e synthase ATP, por veprimi i tyre është i drejtuar në eliminimin e mbetjeve fosfat në shpenzimin e energjisë.

Kuptimi biologjik të zinxhirit të frymëmarrjes

Së pari, në fund reagimet ETC produkt është i ashtuquajturi ujë metabolike (300-400 ml në ditë). Dyti, sinteza e ATP dhe energjisë ruajtje në obligacioneve biokimike të molekulës. Në ditën e 40-60 kg adenosine është sintetizuar, dhe i njëjti është përdorur në qelizat reagime enzimatike. Jeta e një molekulë e ATP është 1 minutë, kështu zinxhiri frymëmarrjes duhet të operojnë pa probleme, të saktë dhe pa gabime. Përndryshe, qeliza do të vdesin.

Mitochondria janë konsideruar stacionet e fuqisë së çdo qelize. Numri i tyre varet nga energjia që janë të nevojshme për funksione të caktuara. Për shembull, neuronet mund të llogaritet deri në 1000 Mitochondria cilat shpesh formojnë një grup në Synaptic ashtuquajturës pllakë.

Diferencat midis zinxhirit të frymëmarrjes në bimë dhe kafshë

Në bimë, një shtesë "termocentralet" e qelizës është një kloroplastit. Në membranën e brendshme të këtyre organeleve janë gjetur edhe ATP synthase, dhe ky është një avantazh mbi qelizat e kafshëve.

Gjithashtu bimët mund të mbijetojnë në përqendrime të larta të monoksidit të karbonit, azotit dhe cyanide për shkak të mënyrë cyanide-rezistente në ETJ zinxhiri i frymëmarrjes kështu përfundon në ubiquinone, nga të cilat elektrone transferohen direkt me atomet e oksigjenit. Si rezultat, më pak ATP është sintetizuar, megjithatë, bimore mund të mbijetojnë kushtet e pafavorshme. Kafshët në raste të tilla, ekspozimi i zgjatur për të vdekur.

Ne mund të krahasohet efikasitetin e NAD, trill dhe rrugën e cyanide-rezistente përmes formimit tregues ATP kur transferimin 1 elektron.

• me NAD ose NADP i formuar nga 3 molekulave të ATP;
• FAD është formuar me dy molekulat e ATP;
• e cyanide formon 1 qëndrueshëm molekulë rruga ATP.

Rëndësia Evolutionary i ETJ

Për të gjitha organizmat eukariote, një burim i madh i energjisë është zinxhiri frymëmarrjes. Biochemistry sinteza ATP në qelizë është e ndarë në dy lloje, fosforilimi substrate dhe oksidativ fosforilimi. ETC është përdorur në sintezën e llojit të dytë të energjisë, dmth. E. shkak të Redox reagimet.

Në organizmat prokariote ATP formuar vetëm në fosforilimi substrate në fazën glikolizë. sheqerna gjashtë-karbon (preferohet glukozë) i përfshirë në ciklin e reaksionit, dhe qeliza prodhimi merr dy molekulat e ATP. Ky lloj i energjisë është konsideruar të jetë sinteza më primitive, dmth. K. eukariotet gjatë fosforilimi oksidativ formuar 36 molekula ATP.

Megjithatë, kjo nuk do të thotë se bimët e sotme dhe kafshët kanë humbur aftësinë për të substrate fosforilimin. Vetëm ky lloj i sintezës ATP ishte i vetmi nga tre fazat e prodhimit të energjisë në qelizë.

Glikoliza në eukariotet zhvillohet në citoplazmë të qelizës. Nuk janë të gjitha enzima e nevojshme që mund të lidhen për glukozë në dy molekulat e acidit piruvik për të formuar 2 molekula ATP. Të gjitha hapat e mëvonshme të zhvillohet në matricën mitokondriale. cikël Krebs ose cikli acid trikarboksilik, siç ndodh në Mitochondria. Kjo mbyllur reaksione zinxhir, si rezultat i së cilës sintetizojnë NAD dhe FAD * H * H2. Këto molekula do të përdoret si një harxhuese në ETJ