Az élő sejtek többsége energiát termel tápanyagokból sejtlégzés útján, amely magában foglalja az oxigén felvételét az energia felszabadítása érdekében. Az elektrontranszport lánc vagy az ETC a folyamat harmadik és egyben utolsó szakasza, a másik kettő glikolízis és a citromsav ciklus.
A megtermelt energiát tárolják ATP vagy adenozin-trifoszfát, amely nukleotid az élő szervezetekben megtalálható.
Az ATP-molekulák energiát tárolnak a molekuláikban foszfátkötések. Az ETC az energia szempontjából a sejtlégzés legfontosabb állomása, mert ez termeli a legtöbb ATP-t. Redoxireakciók sorozatában felszabadul az energia, és egy harmadik foszfátcsoportot kötnek az adenozin-difoszfáthoz, hogy három foszfátcsoportú ATP-t hozzanak létre.
Ha egy sejtnek energiára van szüksége, akkor megszakítja a harmadik foszfátcsoport-kötést, és felhasználja a kapott energiát.
Mik azok a redox-reakciók?
A sejtlégzés kémiai reakciói közül sok redox reakció. Ezek a sejtek közötti kölcsönhatások, amelyek magukban foglalják csökkentés és oxidáció
(vagy redox) egyidejűleg. Ahogy az elektronok átkerülnek a molekulák között, a vegyi anyagok egy halmaza oxidálódik, míg egy másik halmaz redukálódik.Redoxi reakciók sora alkotja a elektronszállító lánc.
Az oxidált vegyi anyagok redukálószerek. Elfogadják az elektronokat és csökkentik a többi anyagot azáltal, hogy elektronjukat veszik. Ezek a vegyi anyagok oxidálószerek. Elektronokat adományoznak és oxidálják a redox kémiai reakció többi résztvevőjét.
Amikor redox kémiai reakciók sorozata zajlik, az elektronokat több szakaszon át lehet továbbadni, amíg végül a végső redukálószerrel kombinálódnak.
Hol található az elektronszállítás láncreakciója az eukariótákban?
A fejlett organizmusok vagy eukarióták sejtjei a atommag és hívják eukarióta sejtek. Ezeknek a magasabb szintű sejteknek is kicsi membránhoz kötött mitokondriumnak nevezett struktúrák, amelyek energiát termelnek a sejt számára. A mitokondriumok olyanok, mint a kis gyárak, amelyek energiát termelnek ATP-molekulák formájában. Az elektrontranszportlánc-reakciók a mitokondrium.
A sejt munkájától függően a sejtekben több vagy kevesebb mitokondrium lehet. Izomsejtek néha ezer van, mert sok energiára van szükségük. A növényi sejtek mitokondriumokkal is rendelkeznek; fotoszintézis útján glükózt termelnek, majd ezt használják a sejtlégzésben, és végül a mitokondrium elektrontranszportláncában.
Az ETC-reakciók a mitokondrium belső membránján és azon keresztül zajlanak. Egy másik sejtlégzési folyamat, a citromsav ciklus, a mitokondrium belsejében játszódik le, és szállítja az ETC reakciókhoz szükséges vegyi anyagok egy részét. Az ETC a belső mitokondriális membrán szintetizálni ATP molekulák.
Hogyan néz ki a mitokondrium?
A mitokondrium apró és sokkal kisebb, mint egy sejt. Ahhoz, hogy megfelelően lássa és tanulmányozza a szerkezetét, több ezerszoros nagyítású elektronmikroszkópra van szükség. Az elektronmikroszkóp képei azt mutatják, hogy a mitokondrium sima, hosszúkás külső membránnal és a erősen összehajtva belső membrán.
A belső membránredők ujj alakúak, és mélyen belenyúlnak a mitokondrium belsejébe. A belső membrán belseje mátrixnak nevezett folyadékot tartalmaz, a belső és a külső membrán között pedig egy viszkózus folyadékkal töltött régió található, intermembrán tér.
A citromsav-ciklus a mátrixban zajlik, és ez előállítja az ETC által használt vegyületek egy részét. Az ETC elektronokat vesz fel ezekből a vegyületekből, és visszavezeti a termékeket a citromsav-ciklusba. A belső membrán redői nagy felületet adnak neki, sok hely van az elektrontranszportlánc-reakciók számára.
Hol zajlik az ETC reakció a prokariótákban?
Az egysejtű szervezetek többsége prokarióta, ami azt jelenti, hogy a sejtekből hiányzik egy sejtmag. Ezeknek a prokarióta sejteknek egyszerű szerkezete van, a sejtfal és a sejtmembránok körülveszik a sejtet, és szabályozzák, hogy mi kerül a sejtbe és onnan. Prokarióta sejtek hiányzik a mitokondrium és egyéb membránhoz kötött organellák. Ehelyett a sejt energiatermelése az egész sejtben zajlik.
Egyes prokarióta sejtek, például a zöld algák glükózt termelhetnek fotoszintézis, míg mások glükózt tartalmazó anyagokat fogyasztanak. A glükózt ezután táplálékként használják fel a sejtek légzésén keresztüli energiatermeléséhez.
Mivel ezeknek a sejteknek nincs mitokondriumuk, a sejtlégzés végén az ETC reakciónak a sejtfalban és azon keresztül kell végbemennie.
Mi történik az elektronszállítási lánc alatt?
Az ETC a citromsav-ciklus által előállított vegyi anyagokból származó nagy energiájú elektronokat használja fel, és négy lépésen keresztül visz alacsony energiaszintre. Ezeknek a kémiai reakcióknak az energiáját felhasználják szivattyú protonok egy membránon át. Ezek a protonok aztán diffundálnak a membránon keresztül.
A prokarióta sejteknél a fehérjéket a sejtet körülvevő sejtmembránokon keresztül pumpálják. A mitokondriummal rendelkező eukarióta sejtek esetében a protonokat a belső mitokondriális membránon keresztül pumpálják a mátrixból az intermembrán térbe.
A kémiai elektrondonorok közé tartozik NADH és FADH míg a végső elektron-akceptor oxigén. A NAD és a FAD vegyi anyag visszakerül a citromsav-ciklusba, miközben az oxigén és a hidrogén együttesen vizet képez.
A membránokon át pumpált protonok a proton gradiens. A gradiens proton-mozgató erőt eredményez, amely lehetővé teszi a protonok visszamozdulását a membránokon keresztül. Ez a protonmozgás aktiválja az ATP-szintázt, és ezekből hoz létre ATP-molekulákat ADP. A teljes kémiai folyamatot ún oxidatív foszforiláció.
Mi a funkciója az ETC négy komplexumának?
Négy kémiai komplex alkotja az elektrontranszport láncot. A következő funkciók vannak:
- I. komplexum kiveszi a mátrixból az elektrondonort, a NADH-t, és elektronokat küld a láncba, miközben az energiát felhasználva protonokat pumpál a membránokon.
- Komplex II a FADH-t használja elektron donorként, hogy további elektronokat juttasson a lánchoz.
- Komplex III átadja az elektronokat egy köztes vegyi anyagnak, az úgynevezett citokrómnak, és több protont pumpál át a membránokon.
- Komplex IV megkapja az elektronokat a citokrómból, és továbbadja azokat az oxigénmolekulák felét, amely két hidrogénatommal kombinálva vízmolekulát képez.
Ennek a folyamatnak a végén a protongradiens keletkezik, ha minden komplex szivattyúzza a protonokat a membránokon. A kapott proton-mozgató erő az protonokat az ATP szintáz molekulákon keresztül a membránokon keresztül vonzza.
Amikor átjutnak a mitokondriális mátrixba vagy a prokarióta sejt belsejébe, a protonok lehetővé teszik az ATP-szintáz molekulának, hogy foszfátcsoportot adjon egy ADP-hez vagy adenozin-difoszfáthoz molekula. Az ADP ATP-vel vagy adenozin-trifoszfáttá válik, és az energia az extra foszfátkötésben tárolódik.
Miért fontos az elektronszállító lánc?
A három sejtlégzési fázis mindegyike fontos sejtfolyamatokat tartalmaz, de az ETC messze a legtöbb ATP-t produkálja. Mivel az energiatermelés a sejtlégzés egyik kulcsfontosságú funkciója, az ATP ebből a szempontból a legfontosabb fázis.
Ahol az ETC legfeljebb 34 ATP-molekula egy glükózmolekula termékeiből a citromsav-ciklus kettőt, a glikolízis pedig négy ATP-molekulát eredményez, de kettőt felhasznál.
Az ETC másik legfontosabb funkciója a termelés NAD és HÓBORT az első két kémiai komplexben a NADH és a FADH. Az ETC I és II komplex reakcióinak termékei azok a NAD és FAD molekulák, amelyekre a citromsav ciklusban van szükség.
Ennek eredményeként a citromsav-ciklus az ETC-től függ. Mivel az ETC csak oxigén jelenlétében mehet végbe, amely végső elektron-akceptorként működik, a sejtlégzési ciklus csak akkor működhet teljes mértékben, ha a szervezet oxigént vesz fel.
Hogyan jut az oxigén a mitokondriumba?
Minden fejlett szervezetnek oxigénre van szüksége a túléléshez. Egyes állatok oxigént lélegeznek be a levegőből, míg a vízi állatoknak lehet kopoltyúk vagy oxigént szívnak magukon keresztül bőrök.
Magasabb rangú állatoknál a vörösvértestek felszívják az oxigént a tüdő és kiviszi a testbe. Artériák, majd apró kapillárisok osztják el az oxigént a test szöveteiben.
Mivel a mitokondrium oxigént használ fel a víz képződéséhez, az oxigén diffundál a vörösvértestekből. Az oxigénmolekulák a sejtmembránokon és a sejtek belsejébe jutnak. Amint a meglévő oxigénmolekulákat felhasználják, új molekulák lépnek a helyükre.
Amíg elegendő oxigén van jelen, a mitokondrium képes ellátni a sejt összes szükséges energiáját.
A sejtlégzés és az ETC kémiai áttekintése
A glükóz egy szénhidrát amely oxidálódva szén-dioxidot és vizet termel. Ennek során az elektronok az elektrontranszportláncba kerülnek.
Az elektronáramlást a mitokondriális vagy sejtmembránban lévő fehérjekomplexek használják hidrogénionok szállítására, H +, a membránokon át. Több hidrogénion jelenléte a membránon kívül, mint belül létrehozza a pH-egyensúlyhiány savasabb oldattal a membránon kívül.
A pH egyensúlyának megteremtése érdekében a hidrogénionok az ATP-szintáz fehérje komplexen keresztül a membránon keresztül áramlanak vissza, ami az ATP-molekulák képződését ösztönzi. Az elektronokból kinyert kémiai energiát a hidrogénion gradiensben tárolt energia elektrokémiai formájává változtatják.
Amikor az elektrokémiai energia felszabadul a hidrogénionok vagy protonok áramlásán keresztül az ATP szintáz komplexen, akkor az biokémiai energia ATP formájában.
Az elektronlánc-szállítási mechanizmus gátlása
Az ETC-reakciók rendkívül hatékony módja az energia előállításának és tárolásának a sejt számára a mozgásban, szaporodásban és túlélésben. Ha az egyik reakciósorozat blokkolva van, az ETC már nem működik, és a rá támaszkodó sejtek elpusztulnak.
Egyes prokarióták alternatív módon termelhetnek energiát az oxigéntől eltérő anyagok felhasználásával végső elektronként akceptor, de az eukarióta sejtek energiájukat az oxidatív foszforilációtól és az elektrontranszportlánctól függik igények.
Azok az anyagok, amelyek gátolhatják az ETC hatását, képesek blokkolják a redox reakciókat, gátolják a protontranszfert vagy módosítják a legfontosabb enzimeket. Ha egy redox-lépést blokkolunk, az elektronok átadása leáll, és az oxidáció az oxigén végén magas szintre megy, miközben további redukció megy végbe a lánc elején.
Ha a protonok nem vihetők át a membránokon, vagy az enzimek, például az ATP-szintáz lebomlanak, az ATP termelése leáll.
Mindkét esetben a sejtfunkciók lebomlanak és a sejt elpusztul.
Növényi alapú anyagok, mint pl rotenon, olyan vegyületek, mint pl cianid és az antibiotikumok, mint pl antimicin felhasználható az ETC reakció gátlására és a célzott sejthalál kiváltására.
Például a rotenont rovarölő szerként használják, az antibiotikumokat pedig a baktériumok elpusztítására. Amikor szükség van a szervezet szaporodásának és növekedésének ellenőrzésére, az ETC értékes támadási pontnak tekinthető. Funkciójának megzavarása megfosztja a sejtet az életéhez szükséges energiától.