Paaiškinta elektronų transportavimo grandinė ir energijos gamyba

Sužinokite daugiau apie tai, kaip ląstelės gamina energiją

Elektronų transportavimo grandinė ir oksidacinis fosforilinimas. „OpenStax College“ / „Wikimedia Commons“.

Ląstelių biologijoje, elektronų transportavimo grandinė yra vienas iš jūsų ląstelės procesų žingsnių, kurie gamina energiją iš maisto, kurį valgote.

Tai trečiasis aerobikos žingsnis ląstelinis kvėpavimas . Ląstelių kvėpavimas yra terminas, kaip jūsų kūno ląstelės gamina energiją iš suvartojamo maisto. Elektronų transportavimo grandinėje susidaro dauguma energijos elementų, kurių reikia veikti. Ši „grandinė“ iš tikrųjų yra serija baltymas kompleksai ir elektronų nešiklio molekulės ląstelės vidinėje membranoje mitochondrijos , taip pat žinomas kaip ląstelės jėgainė.

Aerobiniam kvėpavimui reikalingas deguonis, nes grandinė baigiasi elektronų donoryste deguoniui.

Pagrindiniai dalykai: elektronų transportavimo grandinė

• Elektronų transportavimo grandinė yra baltymų kompleksų ir elektronų nešiklio molekulių serija vidinėje membranoje mitochondrijos kurios gamina ATP energijai.
• Elektronai perduodami išilgai grandinės nuo baltymų komplekso iki baltymų komplekso, kol jie yra paaukoti deguoniui. Elektronams praeinant, protonai išpumpuojami iš mitochondrijų matrica per vidinę membraną ir į tarpmembraninę erdvę.
• Protonų kaupimasis tarpmembraninėje erdvėje sukuria elektrocheminį gradientą, dėl kurio protonai nuteka gradientu ir atgal į matricą per ATP sintazę. Šis protonų judėjimas suteikia energijos ATP gamybai.
• Elektronų transportavimo grandinė yra trečiasis žingsnis aerobinis ląstelių kvėpavimas . Glikolizė ir Krebso ciklas yra pirmieji du ląstelių kvėpavimo etapai.

Kaip gaminama energija

Kai elektronai juda išilgai grandinės, judėjimas arba impulsas naudojamas sukurti adenozino trifosfatas (ATP) . ATP yra pagrindinis energijos šaltinis daugeliui ląstelių procesų, įskaitant Raumuo susitraukimas ir ląstelių dalijimasis .

Adenozino trifosfatas (ATP) yra organinė cheminė medžiaga, suteikianti energijos ląstelėms. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Energija išsiskiria ląstelių metabolizmo metu, kai yra ATP hidrolizuotas . Tai atsitinka, kai elektronai perduodami išilgai grandinės iš baltymų komplekso į baltymų kompleksą, kol jie yra paaukoti deguoniui formuojančiam vandeniui. ATP chemiškai skyla į adenozino difosfatą (ADP), reaguodamas su vandeniu. ADP savo ruožtu naudojamas ATP sintezei.

Išsamiau kalbant, elektronams perduodant grandinę iš baltymų komplekso į baltymų kompleksą, energija išsiskiria ir vandenilio jonai (H+) išsiurbiami iš mitochondrijų matricos (vidinės dalies). membrana ) ir į tarpmembraninę erdvę (skydas tarp vidinės ir išorinės membranos). Visa ši veikla sukuria tiek cheminį gradientą (tirpalo koncentracijos skirtumą), tiek elektrinį gradientą (įkrovos skirtumą) per vidinę membraną. Kai į tarpmembraninę erdvę pumpuojama daugiau H+ jonų, susikaups didesnė vandenilio atomų koncentracija ir tekės atgal į matricą, tuo pat metu skatinant baltymų komplekso ATP sintazės ATP gamybą.

ATP sintazė naudoja energiją, gautą iš H+ jonų judėjimo į matricą, kad ADP paverstų ATP. Šis molekulių oksidavimo procesas, siekiant generuoti energiją ATP gamybai, vadinamas oksidaciniu fosforilinimas .

Pirmieji ląstelių kvėpavimo žingsniai

Ląstelių kvėpavimas yra medžiagų apykaitos reakcijų ir procesų, vykstančių organizmų ląstelėse, visuma, siekiant paversti biocheminę energiją iš maistinių medžiagų į adenozino trifosfatą (ATP), o vėliau išskiriant atliekas. normaals / iStock / Getty Images Plus

Pirmasis ląstelių kvėpavimo žingsnis yra glikolizė . Glikolizė vyksta citoplazma ir apima vienos gliukozės molekulės padalijimą į dvi cheminio junginio piruvato molekules. Iš viso susidaro dvi ATP ir dvi NADH (didelės energijos, elektronus nešančios molekulės) molekulės.

Antrasis žingsnis, vadinamas citrinos rūgšties ciklas arba Krebso ciklas, kai piruvatas per išorinę ir vidinę mitochondrijų membranas pernešamas į mitochondrijų matricą. Piruvatas toliau oksiduojamas Krebso cikle, todėl susidaro dar dvi ATP molekulės, taip pat NADH ir FADH_dumolekules. Elektronai iš NADH ir FADH_duyra perkeliami į trečią ląstelių kvėpavimo pakopą – elektronų transportavimo grandinę.

Baltymų kompleksai grandinėje

Ten yra keturi baltymų kompleksai kurie yra elektronų transportavimo grandinės dalis, kurios funkcija yra perduoti elektronus žemyn grandine. Penktasis baltymų kompleksas skirtas vandenilio transportavimui jonų atgal į matricą. Šie kompleksai yra įterpti į vidinę mitochondrijų membraną.

Elektronų pernešimo grandinės su oksidaciniu fosforilinimu iliustracija. Extender01 / iStock / Getty Images Plus

Kompleksas I

NADH perkelia du elektronus į I kompleksą, todėl susidaro keturi H⁺jonai pumpuojami per vidinę membraną. NADH oksiduojamas į NAD⁺, kuris yra perdirbamas atgal į Krebso ciklas . Elektronai perkeliami iš I komplekso į nešiklio molekulę ubichinoną (Q), kuri redukuojama iki ubichinolio (QH2). Ubichinolis perneša elektronus į III kompleksą.

II kompleksas

FADH_duperkelia elektronus į II kompleksą, o elektronai perduodami ubichinonui (Q). Q redukuojamas iki ubichinolio (QH2), kuris perneša elektronus į III kompleksą. Ne H⁺jonai šiame procese pernešami į tarpmembraninę erdvę.

III kompleksas

Elektronų perėjimas į III kompleksą skatina dar keturių H transportavimą⁺jonai per vidinę membraną. QH2 oksiduojamas ir elektronai perduodami kitam elektronų nešiklio baltymui citochromui C.

IV kompleksas

Citochromas C perduoda elektronus galutiniam baltymų kompleksui grandinėje, kompleksui IV. Du H⁺jonai pumpuojami per vidinę membraną. Tada elektronai perduodami iš IV komplekso į deguonį (O_du) molekulė, dėl kurios molekulė suskaidoma. Susidarę deguonies atomai greitai sugriebia H⁺jonų, kad susidarytų dvi vandens molekulės.

ATP sintazė

ATP sintazė judina H⁺jonų, kuriuos iš matricos išpumpavo elektronų transportavimo grandinė, atgal į matricą. Energija iš antplūdžio protonų Į matricą yra naudojamas ATP generuoti fosforilinant (pridedant fosfatą) ADP. Jonų judėjimas per selektyviai pralaidžią mitochondrijų membraną ir žemyn jų elektrocheminiu gradientu vadinamas chemiomoze.

NADH generuoja daugiau ATP nei FADH_du. Kiekvienai oksiduotai NADH molekulei 10 H⁺jonai pumpuojami į tarpmembraninę erdvę. Taip gaunamos maždaug trys ATP molekulės. Kadangi FADH_duį grandinę patenka vėlesniame etape (II kompleksas), tik šeši H⁺jonai perkeliami į tarpmembraninę erdvę. Tai sudaro apie dvi ATP molekules. Iš viso elektronų pernešimo ir oksidacinio fosforilinimo metu susidaro 32 ATP molekulės.

Šaltiniai

• „Elektronų transportavimas ląstelės energijos cikle“. Hiperfizika , hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey ir kt. „Elektronų transportavimas ir oksidacinis fosforilinimas“. Molekulinių ląstelių biologija. 4-asis leidimas. , JAV nacionalinė medicinos biblioteka, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.