Obsah
- Čo sú redoxné reakcie?
- Kde je elektrónová reťazová reakcia umiestnená v eukaryotoch?
- Ako vyzerá Mitochondrion?
- Kde prebieha reakcia ETC v prokaryotoch?
- Čo sa deje počas dopravného reťazca elektrónov?
- Aká je funkcia štyroch komplexov ETC?
- Prečo je elektronový dopravný reťazec dôležitý?
- Ako sa kyslík dostane do mitochondrií?
- Chemický prehľad bunkovej respirácie a ETC
- Inhibícia mechanizmu transportu elektrónovým reťazcom
Väčšina živých buniek produkuje energiu zo živín prostredníctvom bunkového dýchania, ktoré zahŕňa príjem kyslíka na uvoľnenie energie. Tretia a posledná etapa tohto procesu je prepravný reťazec elektrónov alebo ETC, ďalšie dve sú glykolýza a cyklus kyseliny citrónovej.
Vyrobená energia sa ukladá vo forme ATP alebo adenozíntrifosfát, čo je nukleotid nachádzajúci sa v živých organizmoch.
Molekuly ATP v nich ukladajú energiu fosfátové väzby, ETC je z energetického hľadiska najdôležitejšou fázou bunkového dýchania, pretože produkuje najviac ATP. Pri sérii redoxných reakcií sa energia uvoľňuje a používa sa na pripojenie tretej fosfátovej skupiny k adenozín difosfátu na vytvorenie ATP s tromi fosfátovými skupinami.
Keď bunka potrebuje energiu, rozbije väzbu tretej fosfátovej skupiny a použije výslednú energiu.
Čo sú redoxné reakcie?
Mnohé z chemických reakcií bunkového dýchania sú redoxné reakcie. Jedná sa o interakcie medzi bunkovými látkami, ktoré zahŕňajú redukcia a oxidácia (alebo redox) súčasne. Keď sa elektróny prenášajú medzi molekulami, jedna sada chemikálií sa oxiduje, zatiaľ čo druhá sa redukuje.
Sieť redoxných reakcií tvorí reťazec prenosu elektrónov.
Oxidované chemikálie sú redukčné činidlá. Prijímajú elektróny a redukujú ďalšie látky tým, že berú svoje elektróny. Tieto ďalšie chemikálie sú oxidačné činidlá. Darujú elektróny a oxidujú ostatné strany pri redoxnej chemickej reakcii.
Ak dôjde k viacerým redoxným chemickým reakciám, elektróny sa môžu prenášať niekoľkými stupňami, až kým sa neskončí v kombinácii s konečným redukčným činidlom.
Kde je elektrónová reťazová reakcia umiestnená v eukaryotoch?
Bunky pokročilých organizmov alebo eukaryot majú a jadro a nazývajú sa eukaryotické bunky. Tieto bunky vyššieho stupňa tiež majú malé viazaného na membránu štruktúry nazývané mitochondrie, ktoré produkujú energiu pre bunku. Mitochondrie sú ako malé továrne, ktoré generujú energiu vo forme molekúl ATP. Vo vnútri mitochondrií prebiehajú reakcie elektrónového transportného reťazca.
V závislosti od práce bunky môžu mať bunky viac alebo menej mitochondrií. Svalové bunky majú niekedy tisíce, pretože potrebujú veľa energie. Rastlinné bunky majú tiež mitochondrie; produkujú glukózu prostredníctvom fotosyntézy a potom sa používajú pri bunkovom dýchaní a prípadne v reťazci transportu elektrónov v mitochondriách.
Reakcie ETC prebiehajú na vnútornej membráne mitochondrií a cez ňu. Ďalší proces dýchania buniek, cyklus kyseliny citrónovej, prebieha vo vnútri mitochondrií a dodáva niektoré chemikálie potrebné pri reakciách ETC. ETC používa charakteristiky ETCS vnútorná mitochondriálna membrána na syntézu molekúl ATP.
Ako vyzerá Mitochondrion?
Mitochondrium je malé a oveľa menšie ako bunka. Na správne zobrazenie a štúdium jeho štruktúry je potrebný elektrónový mikroskop s niekoľkonásobným zväčšením. Obrázky z elektrónového mikroskopu ukazujú, že mitochondrón má hladkú predĺženú vonkajšiu membránu a silne zložené vnútorná membrána.
Vnútorné záhyby membrány majú tvar prstov a siahajú hlboko do vnútra mitochondrií. Vnútorná strana vnútornej membrány obsahuje tekutinu nazývanú matrica a medzi vnútornou a vonkajšou membránou je oblasť naplnená viskóznou tekutinou nazývaná medzimembránový priestor.
Cyklus kyseliny citrónovej prebieha v matrici a produkuje niektoré zo zlúčenín používaných v ETC. ETC z týchto zlúčenín berie elektróny a vracia produkty späť do cyklu kyseliny citrónovej. Záhyby vnútornej membrány jej dávajú veľkú plochu povrchu s množstvom priestoru pre reťazové reakcie elektrónového transportu.
Kde prebieha reakcia ETC v prokaryotoch?
Väčšina jednobunkových organizmov sú prokaryoty, čo znamená, že bunky nemajú jadro. Tieto prokaryotické bunky majú jednoduchú štruktúru s bunkovou stenou a bunkovými membránami obklopujúcimi bunku a regulujú, čo sa deje do bunky a von z nej. Prokaryotické bunky nemajú mitochondrie a iné organely viazané na membránu, Namiesto toho dochádza k bunkovej energii v celej bunke.
Niektoré prokaryotické bunky, ako sú zelené riasy, môžu produkovať glukózu z fotosyntézy, zatiaľ čo iné prijímajú látky, ktoré obsahujú glukózu. Glukóza sa potom používa ako potrava na výrobu bunkovej energie prostredníctvom bunkového dýchania.
Pretože tieto bunky nemajú mitochondrie, musí sa reakcia ETC na konci bunkového dýchania uskutočniť na bunkových membránach nachádzajúcich sa priamo vo vnútri bunkovej steny a cez ne.
Čo sa deje počas dopravného reťazca elektrónov?
ETC používa elektróny s vysokou energiou z chemikálií produkovaných cyklom kyseliny citrónovej a vedie ich štyrmi krokmi na nízku úroveň energie. Energia z týchto chemických reakcií sa využíva protónové pumpy cez membránu. Tieto protóny potom difundujú späť cez membránu.
V prípade prokaryotických buniek sú proteíny čerpané cez bunkové membrány obklopujúce bunku. V prípade eukaryotických buniek s mitochondriami sa protóny čerpajú cez vnútornú mitochondriálnu membránu z matrice do medzimembránového priestoru.
Medzi donory chemických elektrónov patria NADH a FADH zatiaľ čo konečným elektrónovým akceptorom je kyslík. Chemikálie NAD a FAD sa vracajú späť do cyklu kyseliny citrónovej, zatiaľ čo kyslík sa kombinuje s vodíkom za vzniku vody.
Protóny čerpané cez membrány vytvárajú a protónový gradient, Tento gradient vytvára silu motivujúcu protóny, ktorá umožňuje protónom pohybovať sa späť cez membrány. Tento pohyb protónov aktivuje ATP syntázu a vytvára ATP molekuly z ADP. Nazýva sa celkový chemický proces Oxidačná fosforylácia.
Aká je funkcia štyroch komplexov ETC?
Transportný reťazec elektrónov tvoria štyri chemické komplexy. Majú nasledujúce funkcie:
Na konci tohto procesu je protónový gradient tvorený každým komplexným pumpujúcim protónom cez membrány. Výsledok protónová hnacia sila kreslí protóny cez membrány prostredníctvom molekúl ATP syntázy.
Keď prechádzajú do mitochondriálnej matrice alebo do vnútra prokaryotických buniek, pôsobenie protónov umožňuje molekule ATP syntázy pridať fosfátovú skupinu k molekule ADP alebo adenozín difosfátu. ADP sa stáva ATP alebo adenozíntrifosfátom a energia sa ukladá do extrafosfátovej väzby.
Prečo je elektronový dopravný reťazec dôležitý?
Každá z troch bunkových dýchacích fáz zahŕňa dôležité bunkové procesy, ale ETC produkuje zďaleka najviac ATP. Pretože výroba energie je jednou z kľúčových funkcií dýchania buniek, ATP je z tohto hľadiska najdôležitejšou fázou.
Ak ETC produkuje až 34 molekúl ATP z produktov jednej molekuly glukózy cyklus kyseliny citrónovej vytvára dve a glykolýza produkuje štyri molekuly ATP, ale využíva dve z nich.
Ďalšou kľúčovou funkciou ETC je vyrábať NAD a FAD od NADH a FADH v prvých dvoch chemických komplexoch. Produkty reakcií v ETC komplexe I a komplexe II sú molekuly NAD a FAD, ktoré sú potrebné v cykle kyseliny citrónovej.
Výsledkom je, že cyklus kyseliny citrónovej závisí od ETC. Pretože ETC sa môže uskutočňovať iba v prítomnosti kyslíka, ktorý pôsobí ako konečný akceptor elektrónov, bunkový dýchací cyklus môže fungovať úplne, len keď organizmus prijíma kyslík.
Ako sa kyslík dostane do mitochondrií?
Všetky vyspelé organizmy potrebujú kyslík, aby prežili. Niektoré zvieratá dýchajú kyslík zo vzduchu, zatiaľ čo vodné živočíchy ich môžu mať žiabre alebo absorbujú kyslík prostredníctvom nich skins.
U vyšších zvierat absorbujú červené krvinky kyslík pľúca a preniesť to do tela. Arterie a potom malé kapiláry distribuujú kyslík do telesných tkanív.
Pretože mitochondrie spotrebovávajú kyslík na tvorbu vody, kyslík difunduje z červených krviniek. Kyslíkové molekuly cestujú cez bunkové membrány a do vnútra bunky. Keď sa spotrebujú existujúce molekuly kyslíka, nahradzujú sa nové molekuly.
Pokiaľ je prítomný dostatok kyslíka, mitochondrie môžu dodávať všetku energiu, ktorú bunka potrebuje.
Chemický prehľad bunkovej respirácie a ETC
Glukóza je a uhľohydrát pri oxidácii vzniká oxid uhličitý a voda. Počas tohto procesu sa elektróny privádzajú do dopravného reťazca elektrónov.
Tok elektrónov je využívaný proteínovými komplexmi v mitochondriálnych alebo bunkových membránach na transport iónov vodíka, H + , cez membrány. Prítomnosť väčšieho počtu vodíkových iónov mimo membrány ako vo vnútri vytvára nerovnováhu pH pri kyslejšom roztoku mimo membrány.
Na vyváženie pH tečú vodíkové ióny cez membránu cez proteínový komplex syntázy ATP, čo vedie k tvorbe molekúl ATP. Chemická energia získaná z elektrónov sa zmení na elektrochemickú formu energie uloženú v gradiente iónov vodíka.
Keď sa elektrochemická energia uvoľní prúdom vodíkových iónov alebo protónov komplexom ATP syntázy, zmení sa na biochemická energia vo forme ATP.
Inhibícia mechanizmu transportu elektrónovým reťazcom
Reakcie ETC sú vysoko účinným spôsobom, ako produkovať a uchovávať energiu pre bunky, ktoré sa používajú pri ich pohybe, reprodukcii a prežití. Keď je blokovaná jedna zo série reakcií, ETC už nefunguje a bunky, ktoré sa na ňu spoliehajú, odumrú.
Niektoré prokaryoty majú alternatívne spôsoby výroby energie pomocou iných látok ako kyslíka ako konečného elektrónového akceptora, ale eukaryotické bunky sú závislé od oxidatívnej fosforylácie a reťazca transportu elektrónov pre svoje energetické potreby.
Látky, ktoré môžu inhibovať činnosť ETC môžu blokovať redoxné reakcie, inhibujú prenos protónov alebo modifikujú kľúčové enzýmy. Ak je oxidačno-redukčný krok blokovaný, prenos elektrónov sa zastaví a oxidácia pokračuje na vysokých hladinách na konci kyslíka, zatiaľ čo ďalšia redukcia sa uskutoční na začiatku reťazca.
Keď sa protóny nemôžu preniesť cez membrány alebo sa degradujú enzýmy, ako je ATP syntáza, produkcia ATP sa zastaví.
V oboch prípadoch sa bunkové funkcie rozpadnú a bunka zomrie.
Látky na rastlinnej báze, ako napr rotenón, zlúčeniny ako kyanid a antibiotiká ako antimycin sa môžu použiť na inhibíciu reakcie ETC a na dosiahnutie cielenej bunkovej smrti.
Napríklad rotenón sa používa ako insekticíd a antibiotiká sa používajú na ničenie baktérií. Ak je potrebné kontrolovať množenie a rast organizmov, možno ETC považovať za cenný bod útoku. Narušenie funkcie zbaví bunku energiu, ktorú potrebuje na život.