ほとんどの生細胞は、エネルギーを放出するために酸素を取り込むことを含む細胞呼吸を通じて栄養素からエネルギーを生成します。 電子伝達系またはETCは、このプロセスの3番目の最終段階であり、他の2つは 解糖 そしてその クエン酸回路.
生成されたエネルギーは、次の形式で保存されます。 ATP またはアデノシン三リン酸は、生物全体に見られるヌクレオチドです。
ATP分子はエネルギーを蓄えます リン酸結合. ETCは、最も多くのATPを生成するため、エネルギーの観点から細胞呼吸の最も重要な段階です。 一連のレドックス反応では、エネルギーが解放され、3番目のリン酸基をアデノシン二リン酸に結合して3つのリン酸基を持つATPを作成するために使用されます。
細胞がエネルギーを必要とするとき、それは3番目のリン酸基結合を破壊し、結果として生じるエネルギーを使用します。
レドックス反応とは何ですか？
細胞呼吸の化学反応の多くはレドックス反応です。 これらは、以下を含む細胞物質間の相互作用です 削減 そして 酸化 （またはレドックス）同時に。 電子が分子間を移動すると、化学物質の1つのセットが酸化され、別のセットが還元されます。
一連のレドックス反応が 電子伝達系.
酸化される化学物質は還元剤です。 それらは電子を受け取り、それらの電子を取ることによって他の物質を減らします。 これらの他の化学物質は酸化剤です。 それらは電子を提供し、レドックス化学反応で他の当事者を酸化します。
一連のレドックス化学反応が発生すると、電子は最終的な還元剤と結合するまで、複数の段階を通過する可能性があります。
電子伝達系反応は真核生物のどこにありますか？
高度な生物や真核生物の細胞は 核 と呼ばれます 真核細胞. これらの高レベルのセルも小さい 膜結合 細胞にエネルギーを生み出すミトコンドリアと呼ばれる構造。 ミトコンドリアは、ATP分子の形でエネルギーを生成する小さな工場のようなものです。 電子伝達系反応は内部で起こります ミトコンドリア.
細胞が行う仕事に応じて、細胞はミトコンドリアを多かれ少なかれ持っているかもしれません。 筋細胞 彼らはたくさんのエネルギーを必要とするので時々何千もあります。 植物細胞にもミトコンドリアがあります。 それらは光合成を介してグルコースを生成し、それが細胞呼吸に使用され、最終的にはミトコンドリアの電子伝達系に使用されます。
ETC反応は、ミトコンドリアの内膜上および内膜を横切って起こります。 別の細胞呼吸プロセス、 クエン酸回路はミトコンドリア内で起こり、ETC反応に必要な化学物質の一部を供給します。 ETCはの特性を使用します ミトコンドリア内膜 合成する ATP分子.
ミトコンドリアはどのように見えますか？
ミトコンドリアは小さく、細胞よりもはるかに小さいです。 正しく見て構造を調べるには、数千倍の倍率の電子顕微鏡が必要です。 電子顕微鏡からの画像は、ミトコンドリアが滑らかで細長い外膜と 大きく折りたたまれた 内膜。
内膜のひだは指のような形をしており、ミトコンドリアの内部の奥深くまで達します。 内膜の内側にはマトリックスと呼ばれる流体が含まれており、内膜と外膜の間には、 膜間腔.
クエン酸回路はマトリックス内で発生し、ETCで使用される化合物の一部を生成します。 ETCはこれらの化合物から電子を受け取り、生成物をクエン酸回路に戻します。 内膜の折り目は、電子伝達系反応のための多くの余地がある大きな表面積を与えます。
ETC反応は原核生物のどこで起こりますか？
ほとんどの単細胞生物は原核生物であり、これは細胞が核を欠いていることを意味します。 これらの原核細胞は、細胞壁と細胞膜が細胞を取り囲み、細胞に出入りするものを制御する単純な構造を持っています。 原核細胞 ミトコンドリアなどが不足している 膜結合オルガネラ. 代わりに、セルのエネルギー生成はセル全体で行われます。
緑藻などの一部の原核細胞は、 光合成、他の人がブドウ糖を含む物質を摂取している間。 ブドウ糖はそれから細胞呼吸による細胞エネルギー生産のための食糧として使用されます。
これらの細胞にはミトコンドリアがないため、細胞呼吸の最後のETC反応は、細胞壁のすぐ内側にある細胞膜上および細胞膜を横切って行われる必要があります。
電子伝達系の間に何が起こりますか？
ETCは、クエン酸回路によって生成された化学物質からの高エネルギー電子を使用し、それらを4つのステップで低エネルギーレベルにします。 これらの化学反応からのエネルギーは、 プロトンをポンプする 膜を越えて。 次に、これらのプロトンは膜を通って拡散して戻ります。
原核細胞の場合、タンパク質は細胞を取り巻く細胞膜を横切って送り出されます。 ミトコンドリアを伴う真核細胞の場合、プロトンはミトコンドリア内膜を横切ってマトリックスから膜間腔に送り込まれます。
化学電子供与体には以下が含まれます NADH そして FADH 一方、最終的な電子受容体は酸素です。 化学物質NADとFADはクエン酸回路に戻され、酸素は水素と結合して水を形成します。
膜を横切ってポンプで送られるプロトンは、 プロトン勾配. 勾配は、プロトンが膜を通って戻ることを可能にするプロトン原動力を生成します。 このプロトンの動きはATPシンターゼを活性化し、 ADP. 全体的な化学プロセスは 酸化的リン酸化.
ETCの4つの複合体の機能は何ですか？
4つの化学複合体が電子伝達系を構成しています。 それらには次の機能があります。
- 複合体I マトリックスから電子供与体NADHを取り出し、エネルギーを使用して膜全体にプロトンを送り込みながら、電子を鎖に送ります。
- コンプレックスII チェーンに追加の電子を供給するための電子供与体としてFADHを使用します。
- コンプレックスIII 電子をシトクロムと呼ばれる中間化学物質に渡し、膜を横切ってより多くのプロトンを送り出します。
- 複合体IV シトクロムから電子を受け取り、2つの水素原子と結合して水分子を形成する酸素分子の半分に電子を渡します。
このプロセスの最後に、プロトン勾配は、各複合体が膜を横切ってプロトンをポンピングすることによって生成されます。 結果として プロトン原動力 ATP合成酵素分子を介して膜を通してプロトンを引き込みます。
それらがミトコンドリアマトリックスまたは原核細胞の内部に交差するとき、 プロトンにより、ATPシンターゼ分子はADPまたはアデノシン二リン酸にリン酸基を付加することができます 分子。 ADPはATPまたはアデノシン三リン酸になり、エネルギーは余分なリン酸結合に蓄積されます。
電子伝達系が重要なのはなぜですか？
3つの細胞呼吸段階のそれぞれに重要な細胞プロセスが組み込まれていますが、ETCは圧倒的に多くのATPを生成します。 エネルギー生産は細胞呼吸の重要な機能の1つであるため、ATPはその観点から最も重要な段階です。
ETCが最大で生産する場所 34分子のATP 1つのグルコース分子の生成物から、クエン酸回路は2つを生成し、解糖は4つのATP分子を生成しますが、そのうちの2つを使い果たします。
ETCのもう1つの重要な機能は、 NAD そして 流行 最初の2つの化学複合体のNADHとFADHから。 ETC複合体Iおよび複合体IIの反応生成物は、クエン酸回路に必要なNADおよびFAD分子です。
その結果、クエン酸回路はETCに依存しています。 ETCは、最終的な電子受容体として機能する酸素の存在下でのみ発生するため、細胞呼吸サイクルは、生物が酸素を摂取した場合にのみ完全に機能します。
酸素はどのようにしてミトコンドリアに入りますか？
すべての高度な生物は生き残るために酸素を必要とします。 一部の動物は空気から酸素を吸い込みますが、水生動物は 鰓 または彼らを通して酸素を吸収します スキン.
高等動物では、赤血球は酸素を吸収します 肺 そしてそれを体内に実行します。 動脈と小さな毛細血管は、体の組織全体に酸素を分配します。
ミトコンドリアが酸素を消費して水を形成すると、酸素が赤血球から拡散します。 酸素分子は細胞膜を越えて細胞内部に移動します。 既存の酸素分子が使い果たされると、新しい分子が代わりに使用されます。
十分な酸素が存在する限り、ミトコンドリアは細胞が必要とするすべてのエネルギーを供給することができます。
細胞呼吸とETCの化学的概要
ブドウ糖は 炭水化物 それは、酸化されると、二酸化炭素と水を生成します。 このプロセス中に、電子は電子伝達系に供給されます。
電子の流れは、ミトコンドリアまたは細胞膜のタンパク質複合体が水素イオンを輸送するために使用します。 H +、膜を越えて。 膜の内側よりも外側に多くの水素イオンが存在すると、 pHの不均衡 膜の外側のより酸性の溶液で。
pHのバランスをとるために、水素イオンはATP合成酵素タンパク質複合体を通って膜を横切って逆流し、ATP分子の形成を促進します。 電子から収集された化学エネルギーは、水素イオン勾配に蓄積された電気化学的エネルギーに変換されます。
電気化学エネルギーがATP合成酵素複合体を通る水素イオンまたはプロトンの流れを介して放出されると、次のように変化します。 生化学的エネルギー ATPの形で。
電子伝達系の阻害
ETC反応は、細胞がその運動、生殖、生存に使用するためのエネルギーを生成および貯蔵するための非常に効率的な方法です。 一連の反応の1つがブロックされると、ETCは機能しなくなり、それに依存する細胞は死にます。
一部の原核生物は、最終電子として酸素以外の物質を使用してエネルギーを生成する別の方法を持っています アクセプターですが、真核細胞はそのエネルギーを酸化的リン酸化と電子伝達系に依存しています ニーズ。
ETCの作用を阻害する可能性のある物質は レドックス反応をブロックする、プロトン移動を阻害するか、主要な酵素を修飾します。 酸化還元ステップがブロックされると、電子の移動が停止し、酸素末端で酸化が高レベルに進行し、チェーンの最初でさらに還元が起こります。
プロトンが膜を越えて移動できないか、ATPシンターゼなどの酵素が分解されると、ATPの生成が停止します。
どちらの場合でも、細胞機能は崩壊し、細胞は死にます。
のような植物ベースの物質 ロテノン、などの化合物 シアン化物 および抗生物質など アンチマイシン ETC反応を阻害し、標的細胞死を引き起こすために使用できます。
たとえば、ロテノンは殺虫剤として使用され、抗生物質は細菌を殺すために使用されます。 生物の増殖と成長を制御する必要がある場合、ETCは貴重な攻撃ポイントと見なすことができます。 その機能を破壊すると、細胞は生きるために必要なエネルギーを奪われます。