catena respiratoria: enzimi funzionali

Tutte le reazioni biochimiche nelle cellule di ogni organismo si verificano con dispendio energetico. catena respiratoria – a specifiche strutture sequenza che si trovano sulla membrana interna dei mitocondri e servono per la formazione di ATP. L'adenosina è una fonte di energia versatile e può accumulare i 80 a 120 kJ.

catena di elettroni respiratoria – che cos'è?

Gli elettroni e protoni hanno un ruolo importante nella formazione di energia. Essi creano una differenza di tensione sui lati opposti della membrana dei mitocondri che genera un moto diretto delle particelle – corrente. catena respiratoria (si ETC, catena di trasporto degli elettroni) è un mediatore nel trasferimento di particelle cariche positivamente nello spazio intermembranico e particelle caricate negativamente nello spessore della membrana interna dei mitocondri.

Il ruolo principale nella formazione di energia appartiene al ATP-sintasi. Questo complesso insieme di energia altera la direzione del moto protone legami energetici biochimici. Tra l'altro, è quasi identico al complesso si trova nei cloroplasti di piante.

E complessi di enzimi della catena respiratoria

trasferimento di elettroni è accompagnata da reazioni biochimiche in presenza del sistema enzimatico. Queste sostanze biologicamente attive, molte copie dei quali formano grandi strutture complesse, servono come intermediari nel trasferimento di elettroni.

Complessi della catena respiratoria – sono componenti centrali del trasporto di particelle cariche. Totale nella membrana mitocondriale interna 4 sono di tale formazione, così come ATP sintasi. Tutte queste strutture condividono un obiettivo comune – il trasferimento di elettroni da imballaggio ETC di protoni di idrogeno nello spazio intermembrane e, di conseguenza, la sintesi di ATP.

Il complesso è un gruppo di molecole proteiche, fra i quali vi sono enzimi, strutturali e proteine di segnalazione. Ognuno dei 4 complessi soddisfare solo il suo il suo caratteristico, la funzione. Vediamo quali compiti nella ETC presentano queste strutture.

complesso I

Il trasferimento di elettroni all'interno del ruolo principale membrana mitocondriale è svolto dalla catena respiratoria. reazione di eliminazione di protoni di idrogeno ed elettroni che li accompagnano – uno dei principali reazioni ECC Una prima serie di catena di trasporto assume molecola di NAD + H * (negli animali) o NADP * H + (piante), seguita da scissione dei quattro protoni idrogeno. In realtà, a causa di questa reazione biochimica del complesso I è anche chiamato NADH – deidrogenasi (enzima chiamato centrale).

Deidrogenasi proteine ferro-zolfo complessa composizione includono 3 tipi, e Flavina Mononucleotide (FMN).

complesso II

Il funzionamento di questo complesso non comporta il trasferimento di protoni di idrogeno nello spazio intermembranico. La funzione principale di questa struttura è di fornire elettroni aggiuntivi alla catena di trasporto degli elettroni mediante ossidazione succinato. Centrale complesso enzimatico – succinato-ubichinone ossidoriduttasi, che catalizza la scissione di elettroni da acido succinico e trasferimento ubichinone è lipofila.

Fornitore di protoni di idrogeno ed elettroni al secondo complesso è anche FAD * H _2. Tuttavia, flavina adenina dinucleotide efficienza inferiore a quella dei suoi analoghi – NAD o NADP * H * H.

La composizione II consiste di tre tipi di proteine ferro-zolfo complessi e centrale succinato ossidoreduttasi enzima.

complesso III

Successivo componente del conto, ETC consiste di citocromo b ₅₅₆ B _560, c _1, oltre che di proteine rischio ferro-zolfo. Occupazione del terzo set è associato con il trasferimento di due protoni idrogeno nello spazio intermembrana, e gli elettroni dal ubichinone lipofila citocromo C.

caratteristica rischio di proteine è che si scioglie in grasso. Altre proteine di questo gruppo che ha incontrato nei complessi della catena respiratoria, idrosolubile. Questa caratteristica influisce sulla posizione delle molecole proteiche nello spessore della membrana mitocondriale interna.

La terza serie di funzioni come ubichinone-citocromo c ossidoriduttasi.

complesso IV

Egli complesso citocromo-ossidante che è la destinazione finale nel ETC. Il suo compito consiste nel trasferire elettroni dal citocromo c per gli atomi di ossigeno. Successivamente atomi caricati negativamente O reagisce con i protoni di idrogeno per formare acqua. L'enzima principale – citocromo c ossidoriduttasi dell'ossigeno.

La struttura del quarto complesso comprende un citocromo, _3, e due atomi di rame. Il ruolo centrale nel trasferimento di elettroni all'ossigeno andato Citocromo _3. L'interazione di queste strutture è soppressa cianuro azoto e monossido di carbonio, in senso globale, conduce alla cessazione della sintesi di ATP e distruzione.

ubichinone

Ubichinone – una vitamina-come sostanza, un composto lipofilo, che si muove liberamente nello spessore della membrana. catena respiratoria mitocondriale non può fare a meno di tale struttura, cioè. k. è responsabile del trasporto di elettroni dai complessi I e II al complesso III.

Ubichinone è un derivato benzochinone. Questa struttura può essere riportato nella lettera Schemi Q o LN abbreviato (ubichinone lipofilo). L'ossidazione della molecola porta alla formazione di semichinone – un forte ossidante, che è potenzialmente pericolosa per la cellula.

ATP sintasi

Il ruolo principale nella formazione di energia appartiene al ATP-sintasi. Questa struttura utilizza movimento gribopodobnaya energia diretta di particelle (protoni) per convertire in energia chimica.

Il processo di base che si verifica durante tutto l'ETC – è l'ossidazione. La catena respiratoria è responsabile del trasporto di elettroni nella membrana mitocondriale spessa e loro accumulo nella matrice. Contemporaneamente, i complessi di I, III e IV viene pompato protoni idrogeno nello spazio intermembranico. differenza di carica ai lati della membrana porta a movimento direzionale di protoni attraverso ATP sintasi. Poiché H + entrare nella matrice, gli elettroni sono soddisfatte (che sono associati con l'ossigeno) per formare una sostanza neutra per la cella – acqua.

ATP sintasi F0 costituito da e subunità F1 che insieme formano la molecola router. F1 è costituito da tre tre subunità alfa e beta, che insieme formano un canale. Questo canale ha esattamente lo stesso diametro, che hanno un protoni idrogeno. Con il passaggio di particelle cariche positivamente attraverso la testa ATP sintasi F ₀ molecole è attorcigliata di 360 ° attorno al suo asse. Durante questo periodo, ad AMP o ADP (adenozinmono- e difosfato) sono attaccati residuo fosfato con legami ad alta energia, che circondano la grande quantità di energia.

ATP sintasi si trovano nel corpo, non solo nei mitocondri. Nelle piante, questi complessi si trovano anche sulla membrana dei vacuoli (tonoplasto), come pure i tilacoidi dei cloroplasti.

Anche in animali e cellule vegetali ATPases sono presenti. Essi hanno una struttura simile a quella della ATP sintasi, ma la loro azione è rivolta sul eliminazione dei residui di fosfato al dispendio di energia.

Il significato biologico della catena respiratoria

In primo luogo, le reazioni del prodotto ETC finale è la cosiddetta acqua metabolica (300-400 ml al giorno). In secondo luogo, la sintesi di ATP e accumulo di energia in obbligazioni biochimiche della molecola. Al giorno 40-60 kg adenosina è sintetizzato, e lo stesso è utilizzato nelle celle reazioni enzimatiche. La vita di una molecola di ATP è 1 minuto, per cui la catena respiratoria deve funzionare in modo regolare, con precisione e senza errori. In caso contrario, la cellula muore.

Mitocondri sono considerati centrali di qualsiasi cella. Il loro numero dipende dall'energia che sono richiesti per determinate funzioni. Ad esempio, i neuroni possono essere contati fino a 1000 mitocondri che spesso formano un cluster nel sinaptica cosiddetta placca.

Differenze tra la catena respiratoria in piante e animali

Nelle piante, un ulteriore "centrali" della cella è un cloroplasto. Sulla membrana interna di questi organelli trovano anche ATP sintasi, e questo è un vantaggio rispetto alle cellule animali.

Anche le piante possono sopravvivere in alte concentrazioni di monossido di carbonio, azoto e cianuro causa modo cianuro-resistente in ECC catena respiratoria termina quindi al ubichinone, dal quale gli elettroni vengono trasferiti direttamente agli atomi di ossigeno. Di conseguenza, meno ATP viene sintetizzato, tuttavia, la pianta può sopravvivere in condizioni avverse. Animali in tali casi, l'esposizione prolungata a morire.

Possiamo confrontare l'efficienza di NAD, FAD e il percorso cianuro-resistente tramite l'indicatore formazione di ATP durante il trasferimento di elettroni 1.

• con NAD o NADP formata da 3 molecole di ATP;
• FAD è formato con due molecole di ATP;
• di cianuro forma 1 molecola di ATP percorso sostenibile.

significato evolutivo di ETC

Per tutti gli organismi eucarioti, una fonte di energia è la catena respiratoria. Biochimica sintesi di ATP nella cellula è diviso in due tipi, substrato di fosforilazione e fosforilazione ossidativa. ETC è utilizzato nella sintesi del secondo tipo di energia, cioè. E. causa redox reazioni.

Negli organismi procariotici ATP formata solo nella fosforilazione del substrato in fase glicolisi. zuccheri a sei atomi di carbonio (preferibilmente glucosio) coinvolti nel ciclo di reazione, e la cella di uscita riceve due molecole di ATP. Questo tipo di energia è considerata la sintesi più primitivo, cioè. K. Eucarioti durante fosforilazione ossidativa ricavata 36 molecole di ATP.

Tuttavia, questo non significa che le piante e gli animali di oggi hanno perso la capacità di fosforilazione del substrato. Proprio questo tipo di sintesi di ATP è stato l'unico dei tre stadi di produzione di energia nella cella.

La glicolisi negli eucarioti avviene nel citoplasma della cellula. Ci sono tutti gli enzimi necessari che possono fendere glucosio in due molecole di acido piruvico per formare 2 molecole di ATP. Tutte le successive fasi avvengono nella matrice mitocondriale. ciclo di Krebs o ciclo dell'acido tricarbossilico, come avviene nei mitocondri. Questo chiusa reazioni a catena a seguito della quale sintetizzare NAD e FAD * H * H2. Queste molecole saranno utilizzati come materiale di consumo in ECC