ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვი (ETC): განმარტება, ადგილმდებარეობა და მნიშვნელობა

ცოცხალი უჯრედების უმეტესობა უჯრედული სუნთქვის საშუალებით აწარმოებს ენერგიას საკვები ნივთიერებებისაგან, რაც გულისხმობს ჟანგბადის მიღებას ენერგიის გამოსათავისუფლებლად. ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი ან ETC ამ პროცესის მესამე და ბოლო ეტაპია, დანარჩენი ორი გლიკოლიზი და ლიმონმჟავას ციკლი.

წარმოებული ენერგია ინახება სახით ATP ან ადენოზინტრიფოსფატი, რომელიც არის ნუკლეოტიდი, რომელიც გვხვდება მთელ ცოცხალ ორგანიზმებში.

ATP მოლეკულები ენერგიას ინახავენ მათში ფოსფატის კავშირები. ETC ენერგეტიკული თვალსაზრისით უჯრედული სუნთქვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპია, რადგან ის წარმოქმნის ყველაზე მეტ ATP- ს. Redox რეაქციების სერიაში ენერგია თავისუფლდება და გამოიყენება მესამე ფოსფატის ჯგუფის ადენოზინ დიფოსფატთან მიერთების მიზნით, რათა შეიქმნას ATP სამი ფოსფატის ჯგუფით.

როდესაც უჯრედს ენერგია სჭირდება, ის არღვევს მესამე ფოსფატის ჯგუფის ბმას და იყენებს მის მიღებულ ენერგიას.

უჯრედის სუნთქვის მრავალი ქიმიური რეაქცია არის შემცირების რეაქცია. ეს არის ურთიერთქმედება უჯრედულ ნივთიერებებს შორის, რომლებიც მოიცავს

რედოქს რეაქციების სერია ქმნის ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი.

ქიმიკატები, რომლებიც იჟანგება, ამცირებენ აგენტებს. ისინი იღებენ ელექტრონებს და ამცირებენ სხვა ნივთიერებებს მათი ელექტრონების აღებით. ეს სხვა ქიმიკატები არის ჟანგვითი აგენტები. ისინი აჩუქებენ ელექტრონებს და იჟანგებიან სხვა ჯგუფებს რედოქს ქიმიური რეაქციის დროს.

როდესაც ხდება რედოქს ქიმიური რეაქციების სერია, ელექტრონების გადაცემა მრავალ ეტაპზეა შესაძლებელი, სანამ ისინი საბოლოო დამამცირებელ აგენტთან ერთად არ დასრულდება.

მოწინავე ორგანიზმების ან ეუკარიოტების უჯრედებს აქვთ ა ბირთვი და ეძახიან ეუკარიოტული უჯრედები. ამ უმაღლესი დონის უჯრედებს მცირე აქვთ გარსით შეკრული სტრუქტურები, სახელწოდებით მიტოქონდრიები, წარმოქმნიან ენერგიას უჯრედისთვის. მიტოქონდრია პატარა ქარხნებს ჰგავს, რომლებიც გამოიმუშავებენ ენერგიას ATP მოლეკულების სახით. ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვის რეაქციები ხდება შიგნით მიტოქონდრია.

უჯრედის მუშაობის მიხედვით, უჯრედებს შეიძლება ჰქონდეთ მეტნაკლებად მიტოქონდრია. კუნთების უჯრედები ზოგჯერ ათასობით აქვთ, რადგან მათ ბევრი ენერგია სჭირდებათ. მცენარეულ უჯრედებს აქვთ მიტოქონდრიაც; ისინი წარმოქმნიან გლუკოზას ფოტოსინთეზის საშუალებით, შემდეგ კი იყენებენ უჯრედულ სუნთქვაში და, საბოლოოდ, ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვს მიტოქონდრიებში.

ETC რეაქციები ხდება მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაზე და მის გადაღმა. კიდევ ერთი უჯრედის სუნთქვის პროცესი ლიმონმჟავას ციკლი, ხდება მიტოქონდრიის შიგნით და აწვდის ზოგიერთ ქიმიკატებს, რომლებიც საჭიროა ETC რეაქციებისთვის. ETC იყენებს მახასიათებლებს შიდა მიტოქონდრიული მემბრანა სინთეზირება ATP მოლეკულები.

მიტოქონდრიონი მცირეა და უჯრედზე ბევრად მცირეა. მისი სწორად დასათვალიერებლად და სტრუქტურის შესასწავლად საჭიროა ელექტრონული მიკროსკოპი, რამოდენიმე ათასჯერ გადიდებით. ელექტრონული მიკროსკოპის სურათებიდან ჩანს, რომ მიტოქონდრიას აქვს გლუვი, მოგრძო გარე გარსი და ა მძიმედ დაკეცილი შიდა გარსი.

შიდა მემბრანის ნაკეცები თითების ფორმისაა და მიტოქონდრიონის ინტერიერში ღრმად აღწევს. შიდა მემბრანის შიგნით არის სითხე, რომელსაც მატრიქსი ეწოდება და შიდა და გარე გარსებს შორის არის ბლანტი სითხით სავსე რეგიონი, რომელსაც ეწოდება ინტერმბრანული სივრცე.

ლიმონმჟავას ციკლი ხდება მატრიცაში და ის წარმოქმნის ზოგიერთ ნაერთს, რომელსაც ETC იყენებს. ETC იღებს ელექტრონებს ამ ნაერთებიდან და უბრუნებს პროდუქტებს ლიმონმჟავას ციკლში. შიდა მემბრანის ნაოჭები მას დიდ ზედაპირს აძლევს, სადაც უამრავი ადგილია ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვური რეაქციები.

ერთუჯრედიანი ორგანიზმების უმეტესობა არის პროკარიოტები, რაც ნიშნავს, რომ უჯრედებს აქვთ ბირთვი. ამ პროკარიოტულ უჯრედებს აქვთ მარტივი სტრუქტურა უჯრედის კედლით და უჯრედის მემბრანებით, რომლებიც აკავშირებს უჯრედს და აკონტროლებს რა ხდება უჯრედში. პროკარიოტული უჯრედები აკლია მიტოქონდრია და სხვა გარსით შეკრული ორგანელები. ამის ნაცვლად, უჯრედის ენერგიის წარმოება ხდება მთელ უჯრედში.

ზოგიერთ პროკარიოტულ უჯრედს, როგორიცაა მწვანე წყალმცენარეები, შეიძლება წარმოქმნას გლუკოზა ფოტოსინთეზი, სხვები კი იღებენ გლუკოზას შემცველ ნივთიერებებს. შემდეგ გლუკოზას იყენებენ საკვებად უჯრედის ენერგიის წარმოქმნისთვის უჯრედების სუნთქვის გზით.

იმის გამო, რომ ამ უჯრედებს არ აქვთ მიტოქონდრია, ETC რეაქცია უჯრედის სუნთქვის ბოლოს უნდა მოხდეს უჯრედის კედლის შიგნით მდებარე და უჯრედულ მემბრანებზე.

ETC იყენებს მაღალენერგეტიკულ ელექტრონებს ლიმონმჟავას ციკლისგან წარმოქმნილი ქიმიკატებისგან და ოთხი ნაბიჯის გავლით მიაქვს დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე. ამ ქიმიური რეაქციების ენერგია გამოიყენება ტუმბოს პროტონები გარსის გადაღმა. ეს პროტონები შემდეგ დიფუზირდება გარსის მეშვეობით.

პროკარიოტული უჯრედებისათვის ცილები ტუმბოს უჯრედის მიმდებარე უჯრედულ მემბრანებზე. მიტოქონდრიით დაავადებული ეუკარიოტული უჯრედებისათვის პროტონები ტუმბოს შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე მატრიქსიდან ინტერმემბრანულ სივრცეში.

ქიმიური ელექტრონების დონორებში შედის NADH და FADH ხოლო ელექტრონების საბოლოო მიმღები არის ჟანგბადი. ქიმიკატები NAD და FAD უბრუნდება ციტრუსის მჟავას ციკლს, ხოლო ჟანგბადი წყალბადს უერთდება და ქმნის წყალს.

მემბრანებზე გადატუმბული პროტონები ქმნიან ა პროტონის გრადიენტი. გრადიენტი წარმოქმნის პროტონის მამოძრავებელ ძალას, რომელიც საშუალებას აძლევს პროტონს გადაადგილდეს გარსების მეშვეობით. ეს პროტონის მოძრაობა ააქტიურებს ATP სინთაზას და ქმნის ATP მოლეკულებს ADP. საერთო ქიმიურ პროცესს ეწოდება ჟანგვითი ფოსფორილაცია.

ოთხი ქიმიური კომპლექსი ქმნის ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვს. მათ აქვთ შემდეგი ფუნქციები:

• კომპლექსი I მატრიქსიდან იღებს ელექტრონულ დონორ NADH- ს და ელექტრონებს აგზავნის ჯაჭვის ქვემოთ, ხოლო ენერგიას იყენებს მემბრანის პროტონის ტუმბოსთვის.
• II კომპლექსი იყენებს FADH- ს, როგორც ელექტრონის დონორს, ჯაჭვის დამატებითი ელექტრონებით მომარაგების მიზნით.
• III კომპლექსი ელექტრონებს გადასცემს შუალედურ ქიმიკატს, რომელსაც ციტოქრომი ეწოდება და მეტ პროტონს ტუმბოს გარსებზე.
• IV კომპლექსი იღებს ელექტრონებს ციტოქრომიდან და გადასცემს ჟანგბადის მოლეკულის ნახევარს, რომელიც აერთიანებს ორ წყალბადის ატომს და ქმნის წყლის მოლეკულას.

ამ პროცესის ბოლოს, პროტონის გრადიენტი წარმოიქმნება თითოეული რთული სატუმბი პროტონის მიერ გარსებზე. შედეგად პროტონის მამოძრავებელი ძალა ახდენს პროტონის გატარებას გარსების მეშვეობით ATP სინთაზის მოლეკულების საშუალებით.

როგორც ისინი გადადიან მიტოქონდრიულ მატრიქსში ან პროკარიოტული უჯრედის ინტერიერში, მოქმედება პროტონები საშუალებას აძლევს ATP სინტაზას მოლეკულას დაამატოს ფოსფატის ჯგუფი ADP ან ადენოზინ დიფოსფატს მოლეკულა. ADP ხდება ATP ან ადენოზინტრიფოსფატი და ენერგია ინახება დამატებით ფოსფატურ კავშირში.

უჯრედული სუნთქვის სამივე ეტაპი მოიცავს უჯრედულ მნიშვნელოვან პროცესებს, მაგრამ ETC აწარმოებს შორს ყველაზე მეტ ATP- ს. ვინაიდან ენერგიის წარმოება უჯრედების სუნთქვის ერთ-ერთი ძირითადი ფუნქციაა, ATP ამ თვალსაზრისით ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპია.

სადაც ETC აწარმოებს მდე ATP 34 მოლეკულა ერთი გლუკოზის მოლეკულის პროდუქტებიდან, ლიმონმჟავას ციკლი გამოიმუშავებს ორს, ხოლო გლიკოლიზი წარმოქმნის ოთხ ATP მოლეკულას, მაგრამ ორ მათგანს იყენებს.

ETC– ის სხვა ძირითადი ფუნქციაა წარმოება NAD და ᲐᲮᲘᲠᲔᲑᲐ პირველი და ორი ქიმიური კომპლექსის NADH და FADH– დან. რეაქციების პროდუქტები ETC და I კომპლექსურ კომპლექსში არის NAD და FAD მოლეკულები, რომლებიც საჭიროა ლიმონმჟავას ციკლში.

შედეგად, ლიმონმჟავას ციკლი დამოკიდებულია ETC- ზე. მას შემდეგ, რაც ETC შეიძლება მოხდეს მხოლოდ ჟანგბადის თანდასწრებით, რომელიც ელექტრონის საბოლოო მიმღების როლს ასრულებს, უჯრედის სუნთქვის ციკლი მხოლოდ სრულად იმუშავებს, როდესაც ორგანიზმი ჟანგბადს მიიღებს.

ყველა მოწინავე ორგანიზმს ჟანგბადი სჭირდება გადარჩენისთვის. ზოგი ცხოველი ჟანგბადს სუნთქავს ჰაერიდან, მაშინ როდესაც წყლის ცხოველს შეიძლება ჰქონდეს ღილები ან შეიწოვება ჟანგბადი მათი საშუალებით ტყავები.

მაღალ ცხოველებში სისხლის წითელი უჯრედები შთანთქავენ ჟანგბადს ფილტვები და ატარეთ იგი სხეულში. არტერიები და შემდეგ პატარა კაპილარები ავრცელებენ ჟანგბადს სხეულის ქსოვილებში.

მას შემდეგ, რაც მიტოქონდრიები იყენებენ ჟანგბადს წყლის წარმოქმნისთვის, ჟანგბადი დიფუზირდება სისხლის წითელი უჯრედებიდან. ჟანგბადის მოლეკულები გადადიან უჯრედის მემბრანებზე და უჯრედის ინტერიერში. არსებული ჟანგბადის მოლეკულების გამოყენებასთან ერთად, მათ ადგილს იკავებენ ახალი მოლეკულები.

სანამ ჟანგბადი საკმარისია, მიტოქონდრიას შეუძლია მიაწოდოს უჯრედისისთვის საჭირო ყველა ენერგია.

გლუკოზა არის ა ნახშირწყლები დაჟანგვისას წარმოიქმნება ნახშირორჟანგი და წყალი. ამ პროცესის განმავლობაში ელექტრონები იკვებება ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვში.

ელექტრონების ნაკადს იყენებენ ცილოვანი კომპლექსები მიტოქონდრიულ ან უჯრედულ მემბრანებში წყალბადის იონების ტრანსპორტირებისთვის, H +, გარსების გადაღმა. მემბრანის გარეთ უფრო მეტი წყალბადის იონების არსებობა, ვიდრე შიგნით ქმნის ა pH დისბალანსი გარსის გარეთ უფრო მჟავე ხსნარით.

PH- ის დასაბალანსებლად, წყალბადის იონები გარბენენ გარსზე ATP სინთაზის ცილის კომპლექსის მეშვეობით, რაც იწვევს ATP მოლეკულების წარმოქმნას. ელექტრონებიდან ამოღებული ქიმიური ენერგია იცვლება წყალბადის იონის გრადიენტში შენახული ენერგიის ელექტროქიმიური ფორმით.

როდესაც ელექტროქიმიური ენერგია გამოიყოფა წყალბადის იონების ან პროტონების ნაკადით ATP სინთაზის კომპლექსის გავლით, იგი შეიცვლება ბიოქიმიური ენერგია ATP სახით.

ETC რეაქციები არის ენერგიის წარმოებისა და შენახვის უაღრესად ეფექტური გზა, რომლითაც უჯრედი გამოიყენებს თავის მოძრაობაში, გამრავლებასა და გადარჩენაში. როდესაც რეაქციების ერთ-ერთი სერია დაბლოკილია, ETC აღარ ფუნქციონირებს და უჯრედები, რომლებიც მას ენდობიან, იღუპებიან.

ზოგიერთ პროკარიოტს ენერგიის გამომუშავების ალტერნატიული გზები აქვს საბოლოო ელექტრონის სახით ჟანგბადის გარდა სხვა ნივთიერებების გამოყენებით მიმღები, მაგრამ ეუკარიოტული უჯრედები დამოკიდებულია მათი ჟანგვითი ფოსფორილაციაზე და ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვზე საჭიროებებს.

ნივთიერებებს, რომლებსაც შეუძლიათ შეაჩერონ ETC მოქმედება დაბლოკოს რედოქს რეაქციებიაფერხებს პროტონის გადატანას ან შეცვლის საკვანძო ფერმენტებს. თუ დაბლოკილია რედოქსის საფეხური, ელექტრონების გადაცემა შეჩერდება და ჟანგბადი ჟანგბადის ბოლოს მაღალ დონეზე გადადის, ხოლო შემდგომი შემცირება ხდება ჯაჭვის დასაწყისში.

როდესაც პროტონის გადატანა შეუძლებელია მემბრანებზე ან ხდება ფერმენტების დეგრადირება, როგორიცაა ATP სინტაზა, ATP– ს წარმოება წყდება.

ნებისმიერ შემთხვევაში, უჯრედის ფუნქციები იშლება და უჯრედი კვდება.

მცენარეზე დაფუძნებული ნივთიერებები, როგორიცაა როტენონი, ნაერთები, როგორიცაა ციანიდი და ანტიბიოტიკები, როგორიცაა ანტიმიცინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ETC რეაქციის ინჰიბირებისთვის და მიზანმიმართული უჯრედების სიკვდილისთვის.

მაგალითად, როტენონი გამოიყენება როგორც ინსექტიციდი, ანტიბიოტიკები კი ბაქტერიების გასანადგურებლად. როდესაც საჭიროა ორგანიზმის გამრავლებისა და ზრდის კონტროლი, ETC შეიძლება შეფასდეს, როგორც შეტევის მნიშვნელოვანი წერტილი. მისი ფუნქციის მოშლა უჯრედს ართმევს ენერგიას, რომლისთვისაც საჭიროა ცხოვრება.