Majoritatea celulelor vii produc energie din nutrienți prin respirația celulară care implică absorbția de oxigen pentru a elibera energie. Lanțul de transport al electronilor sau ETC este a treia și ultima etapă a acestui proces, celelalte două fiind glicoliză si ciclul acidului citric.
Energia produsă este stocată sub formă de ATP sau trifosfatul de adenozină, care este o nucleotidă găsită în organismele vii.
Moleculele ATP stochează energie în ele legături fosfat. ETC este cea mai importantă etapă a respirației celulare din punct de vedere energetic, deoarece produce cel mai mult ATP. Într-o serie de reacții redox, energia este eliberată și utilizată pentru a atașa o a treia grupă fosfat la adenozin difosfat pentru a crea ATP cu trei grupe fosfat.
Când o celulă are nevoie de energie, aceasta rupe a treia legătură de grup fosfat și folosește energia rezultată.
Ce sunt reacțiile Redox?
Multe dintre reacțiile chimice ale respirației celulare sunt reacții redox. Acestea sunt interacțiuni între substanțele celulare care implică
O serie de reacții redox alcătuiesc lanțul de transport al electronilor.
Substanțele chimice care sunt oxidate sunt agenți reducători. Aceștia acceptă electroni și reduc celelalte substanțe prin preluarea lor. Aceste alte substanțe chimice sunt agenți de oxidare. Aceștia donează electroni și oxidează celelalte părți în reacția chimică redox.
Atunci când au loc o serie de reacții chimice redox, electronii pot fi trecuți pe mai multe etape până când ajung în combinație cu agentul reducător final.
Unde se află reacția în lanț a transportului de electroni în eucariote?
Celulele organismelor avansate sau eucariote au o nucleu și sunt numiți Celulele eucariote. Aceste celule de nivel superior au, de asemenea, mici legat de membrană structuri numite mitocondrii care produc energie pentru celulă. Mitocondriile sunt ca niște fabrici mici care generează energie sub formă de molecule de ATP. Reacțiile în lanț de transport ale electronilor au loc în interiorul mitocondrii.
În funcție de activitatea pe care o face celula, celulele pot avea mai multe sau mai puține mitocondrii. Celulele musculare uneori au mii pentru că au nevoie de multă energie. Celulele vegetale au și mitocondrii; produc glucoză prin fotosinteză, iar apoi aceasta este utilizată în respirația celulară și, în cele din urmă, în lanțul de transport al electronilor din mitocondrii.
Reacțiile ETC au loc pe și peste membrana interioară a mitocondriilor. Un alt proces de respirație celulară ciclul acidului citric, are loc în interiorul mitocondriilor și furnizează o parte din substanțele chimice necesare reacțiilor ETC. ETC utilizează caracteristicile sistemului membrana mitocondrială interioară a sintetiza Molecule de ATP.
Cum arată o mitocondrie?
O mitocondrie este mică și mult mai mică decât o celulă. Pentru a-l vedea corect și a-i studia structura, este necesar un microscop electronic cu o mărire de câteva mii de ori. Imaginile de la microscopul electronic arată că mitocondria are o membrană exterioară netedă, alungită și a puternic împăturită membrana interioara.
Pliurile membranei interioare au formă de degete și ajung adânc în interiorul mitocondriei. Interiorul membranei interioare conține un fluid numit matrice, iar între membranele interioare și exterioare se află o regiune plină de lichid vâscos numită spațiul intermembranar.
Ciclul acidului citric are loc în matrice și produce unii dintre compușii folosiți de ETC. ETC preia electroni din acești compuși și readuce produsele înapoi în ciclul acidului citric. Pliurile membranei interioare îi conferă o suprafață mare cu mult spațiu pentru reacțiile în lanț de transport de electroni.
Unde are loc reacția ETC în procariote?
Majoritatea organismelor cu celule unice sunt procariote, ceea ce înseamnă că celulelor le lipsește un nucleu. Aceste celule procariote au o structură simplă cu un perete celular și membrane celulare care înconjoară celula și controlează ceea ce intră și iese din celulă. Celulele procariote lipsesc mitocondriile și altele organite legate de membrană. În schimb, producția de energie celulară are loc în întreaga celulă.
Unele celule procariote, cum ar fi algele verzi, pot produce glucoză din fotosinteză, în timp ce alții ingeră substanțe care conțin glucoză. Glucoza este apoi utilizată ca hrană pentru producerea energiei celulare prin respirația celulară.
Deoarece aceste celule nu au mitocondrii, reacția ETC la sfârșitul respirației celulare trebuie să aibă loc pe membranele celulare situate chiar în interiorul peretelui celular.
Ce se întâmplă în timpul lanțului de transport al electronilor?
ETC folosește electroni cu energie ridicată din substanțe chimice produse de ciclul acidului citric și îi parcurge prin patru pași până la un nivel scăzut de energie. Energia din aceste reacții chimice este obișnuită pompează protoni peste o membrană. Acești protoni se difuzează apoi prin membrană.
Pentru celulele procariote, proteinele sunt pompate peste membranele celulare care înconjoară celula. Pentru celulele eucariote cu mitocondrii, protonii sunt pompați peste membrana mitocondrială internă de la matrice în spațiul intermembranar.
Donatorii chimici de electroni includ NADH și FADH în timp ce acceptorul final de electroni este oxigenul. Substanțele chimice NAD și FAD sunt redate ciclului acidului citric în timp ce oxigenul se combină cu hidrogenul pentru a forma apă.
Protonii pompați peste membrane creează un gradient de protoni. Gradientul produce o forță motivantă a protonului care permite protonilor să se deplaseze înapoi prin membrane. Această mișcare a protonilor activează ATP sintaza și creează molecule de ATP din ADP. Procesul chimic general se numește fosforilarea oxidativă.
Care este funcția celor patru complexe ale ETC?
Patru complexe chimice alcătuiesc lanțul de transport al electronilor. Au următoarele funcții:
- Complexul I preia donatorul de electroni NADH din matrice și trimite electroni în lanț în timp ce folosește energia pentru a pompa protoni peste membrane.
- Complexul II folosește FADH ca donator de electroni pentru a furniza electroni suplimentari lanțului.
- Complexul III trece electronii către o substanță chimică intermediară numită citocrom și pompează mai mulți protoni peste membrane.
- Complexul IV primește electronii din citocrom și îi transmite la jumătate dintr-o moleculă de oxigen care se combină cu doi atomi de hidrogen și formează o moleculă de apă.
La sfârșitul acestui proces, gradientul de protoni este produs de fiecare pompare complexă de protoni de-a lungul membranelor. Rezultați forța moton protonică atrage protonii prin membrane prin intermediul moleculelor ATP sintază.
Pe măsură ce traversează matricea mitocondrială sau interiorul celulei procariote, acțiunea protonii permit moleculei ATP sintază să adauge o grupare fosfat la un ADP sau difosfat de adenozină moleculă. ADP devine ATP sau trifosfat de adenozină, iar energia este stocată în legătura suplimentară de fosfat.
De ce este important lanțul de transport al electronilor?
Fiecare dintre cele trei faze de respirație celulară încorporează importante procese celulare, dar ETC produce de departe cel mai mult ATP. Deoarece producția de energie este una dintre funcțiile cheie ale respirației celulare, ATP este cea mai importantă fază din acest punct de vedere.
Unde ETC produce până la 34 molecule de ATP din produsele unei molecule de glucoză, ciclul acidului citric produce două, iar glicoliza produce patru molecule de ATP, dar consumă două dintre ele.
Cealaltă funcție cheie a ETC este de a produce NAD și MOFT de la NADH și FADH în primele două complexe chimice. Produsele reacțiilor din complexul ETC I și complexul II sunt moleculele NAD și FAD care sunt necesare în ciclul acidului citric.
Ca rezultat, ciclul acidului citric este dependent de ETC. Deoarece ETC poate avea loc numai în prezența oxigenului, care acționează ca acceptor final de electroni, ciclul de respirație celulară poate funcționa complet numai atunci când organismul preia oxigen.
Cum intră oxigenul în mitocondrie?
Toate organismele avansate au nevoie de oxigen pentru a supraviețui. Unele animale respiră oxigen din aer în timp ce animalele acvatice pot avea branhii sau absorb oxigen prin intermediul lor piei.
La animalele superioare, celulele roșii din sânge absorb oxigenul în plămânii și să o ducă în corp. Arterele și apoi capilarele mici distribuie oxigenul în țesuturile corpului.
Deoarece mitocondriile consumă oxigen pentru a forma apă, oxigenul se difuzează din globulele roșii din sânge. Moleculele de oxigen traversează membranele celulare și ajung în interiorul celulei. Pe măsură ce moleculele de oxigen existente sunt consumate, moleculele noi își iau locul.
Atâta timp cât există suficient oxigen prezent, mitocondriile pot furniza toată energia de care are nevoie celula.
O prezentare chimică a respirației celulare și ETC
Glucoza este o glucide care, atunci când este oxidat, produce dioxid de carbon și apă. În timpul acestui proces, electronii sunt alimentați în lanțul de transport al electronilor.
Fluxul de electroni este utilizat de complexele proteice din membranele mitocondriale sau celulare pentru a transporta ionii de hidrogen, H +, peste membrane. Prezența mai multor ioni de hidrogen în afara unei membrane decât în interior creează un dezechilibru pH cu o soluție mai acidă în afara membranei.
Pentru a echilibra pH-ul, ionii de hidrogen curg înapoi prin membrană prin complexul proteic ATP sintază, determinând formarea moleculelor ATP. Energia chimică recoltată din electroni este schimbată într-o formă electrochimică de energie stocată în gradientul ionilor de hidrogen.
Când energia electrochimică este eliberată prin fluxul ionilor de hidrogen sau protoni prin complexul ATP sintază, se schimbă în energie biochimică sub formă de ATP.
Inhibarea mecanismului de transport al lanțului de electroni
Reacțiile ETC sunt un mod extrem de eficient de a produce și stoca energie pentru ca celula să o folosească în mișcarea, reproducerea și supraviețuirea acesteia. Când una dintre seriile de reacții este blocată, ETC nu mai funcționează și celulele care se bazează pe ea mor.
Unele procariote au modalități alternative de producere a energiei prin utilizarea de substanțe altele decât oxigenul ca electron final acceptor, dar celulele eucariote depind de fosforilarea oxidativă și de lanțul de transport al electronilor pentru energia lor are nevoie.
Substanțele care pot inhiba acțiunea ETC pot blocați reacțiile redox, inhibă transferul de protoni sau modifică enzimele cheie. Dacă un pas redox este blocat, transferul de electroni se oprește și oxidarea continuă la niveluri ridicate la capătul oxigenului, în timp ce are loc o reducere suplimentară la începutul lanțului.
Când protonii nu pot fi transferați prin membrane sau enzimele cum ar fi ATP sintază sunt degradate, producția de ATP se oprește.
În ambele cazuri, funcțiile celulei se descompun și celula moare.
Substanțe pe bază de plante precum rotenonă, compuși precum cianură și antibiotice precum antimicină poate fi utilizat pentru a inhiba reacția ETC și pentru a provoca moartea celulară țintită.
De exemplu, rotenona este utilizată ca insecticid, iar antibioticele sunt folosite pentru a ucide bacteriile. Atunci când este necesar să se controleze proliferarea și creșterea organismului, ETC poate fi văzut ca un punct valoros de atac. Întreruperea funcției sale privește celula de energia de care are nevoie pentru a trăi.