Большинство живых клеток производят энергию из питательных веществ посредством клеточного дыхания, которое включает потребление кислорода для высвобождения энергии. Цепь переноса электронов или ETC является третьей и последней стадией этого процесса, две другие - гликолиз и цикл лимонной кислоты.
Произведенная энергия хранится в виде АТФ или аденозинтрифосфат, который является нуклеотидом, обнаруженным во всех живых организмах.
Молекулы АТФ накапливают энергию в своих фосфатные связи. ETC - самый важный этап клеточного дыхания с энергетической точки зрения, потому что он производит наибольшее количество АТФ. В серии окислительно-восстановительных реакций энергия высвобождается и используется для присоединения третьей фосфатной группы к аденозиндифосфату с образованием АТФ с тремя фосфатными группами.
Когда клетке нужна энергия, она разрывает связь третьей фосфатной группы и использует полученную энергию.
Что такое окислительно-восстановительные реакции?
Многие химические реакции клеточного дыхания являются окислительно-восстановительными. Это взаимодействия между клеточными веществами, которые включают:
снижение а также окисление (или редокс) одновременно. Когда электроны переносятся между молекулами, один набор химикатов окисляется, а другой - восстанавливается.Серия окислительно-восстановительных реакций составляет электронная транспортная цепь.
Окисляемые химические вещества являются восстановителями. Они принимают электроны и восстанавливают другие вещества, забирая их электроны. Эти другие химические вещества являются окислителями. Они отдают электроны и окисляют другие участники окислительно-восстановительной химической реакции.
Когда происходит серия окислительно-восстановительных химических реакций, электроны могут проходить через несколько стадий, пока не соединятся с конечным восстановителем.
Где находится цепная реакция электронного транспорта у эукариот?
Клетки продвинутых организмов или эукариот имеют ядро и называются эукариотические клетки. Эти клетки более высокого уровня также имеют небольшие мембраносвязанный структуры, называемые митохондриями, которые производят энергию для клетки. Митохондрии похожи на небольшие фабрики, которые вырабатывают энергию в виде молекул АТФ. Цепные реакции электронного транспорта протекают внутри митохондрии.
В зависимости от того, какую работу выполняет клетка, в клетках может быть больше или меньше митохондрий. Мышечные клетки иногда их тысячи, потому что им нужно много энергии. В растительных клетках также есть митохондрии; они производят глюкозу посредством фотосинтеза, а затем она используется в клеточном дыхании и, в конечном итоге, в цепи переноса электронов в митохондриях.
Реакции ETC происходят на внутренней мембране митохондрий и через нее. Другой процесс клеточного дыхания, цикл лимонной кислоты, происходит внутри митохондрий и доставляет некоторые химические вещества, необходимые для реакций ETC. ETC использует характеристики внутренняя митохондриальная мембрана синтезировать Молекулы АТФ.
Как выглядит митохондрия?
Митохондрия крошечная и намного меньше клетки. Чтобы как следует его увидеть и изучить его структуру, необходим электронный микроскоп с увеличением в несколько тысяч раз. Изображения с электронного микроскопа показывают, что митохондрия имеет гладкую удлиненную внешнюю мембрану и сильно сложенный внутренняя мембрана.
Складки внутренней мембраны имеют форму пальцев и проникают глубоко внутрь митохондрии. Внутренняя часть внутренней мембраны содержит жидкость, называемую матрицей, а между внутренней и внешней мембранами находится область, заполненная вязкой жидкостью, называемая межмембранное пространство.
Цикл лимонной кислоты имеет место в матрице, и он производит некоторые из соединений, используемых ETC. ETC забирает электроны из этих соединений и возвращает продукты в цикл лимонной кислоты. Складки внутренней мембраны придают ей большую площадь поверхности с большим пространством для цепных реакций переноса электронов.
Где происходит реакция внеземных цивилизаций у прокариот?
Большинство одноклеточных организмов являются прокариотами, что означает, что в клетках отсутствует ядро. Эти прокариотические клетки имеют простую структуру с клеточной стенкой и клеточными мембранами, окружающими клетку и контролирующими то, что входит и выходит из клетки. Прокариотические клетки не хватает митохондрий и других мембраносвязанные органеллы. Вместо этого производство энергии клеткой происходит по всей клетке.
Некоторые прокариотические клетки, такие как зеленые водоросли, могут производить глюкозу из фотосинтез, в то время как другие принимают внутрь вещества, содержащие глюкозу. Затем глюкоза используется в качестве пищи для производства клеточной энергии посредством клеточного дыхания.
Поскольку в этих клетках нет митохондрий, реакция ETC в конце клеточного дыхания должна происходить на клеточных мембранах, расположенных внутри клеточной стенки, и через них.
Что происходит в цепочке транспорта электронов?
ETC использует электроны высокой энергии из химикатов, производимых в цикле лимонной кислоты, и проводит их через четыре этапа до уровня низкой энергии. Энергия этих химических реакций используется для накачка протонов через мембрану. Затем эти протоны диффундируют обратно через мембрану.
В прокариотических клетках белки перекачиваются через клеточные мембраны, окружающие клетку. Для эукариотических клеток с митохондриями протоны перекачиваются через внутреннюю митохондриальную мембрану из матрикса в межмембранное пространство.
Химические доноры электронов включают НАДН а также FADH а конечным акцептором электронов является кислород. Химические вещества НАД и ФАД возвращаются в цикл лимонной кислоты, в то время как кислород соединяется с водородом с образованием воды.
Протоны, прокачиваемые через мембраны, создают протонный градиент. Градиент создает протонно-движущую силу, которая позволяет протонам возвращаться через мембраны. Это движение протонов активирует АТФ-синтазу и создает молекулы АТФ из ADP. Общий химический процесс называется окислительного фосфорилирования.
Какова функция четырех комплексов внеземных цивилизаций?
Четыре химических комплекса составляют цепь переноса электронов. У них есть следующие функции:
- Комплекс I берет донор электронов НАДН из матрицы и отправляет электроны вниз по цепочке, используя энергию для перекачки протонов через мембраны.
- Комплекс II использует FADH в качестве донора электронов для доставки дополнительных электронов в цепочку.
- Комплекс III передает электроны промежуточному химическому веществу, называемому цитохромом, и перекачивает больше протонов через мембраны.
- Комплекс IV получает электроны от цитохрома и передает их половине молекулы кислорода, которая соединяется с двумя атомами водорода и образует молекулу воды.
В конце этого процесса протонный градиент создается каждым комплексом, перекачивающим протоны через мембраны. Результирующий протонодвижущая сила втягивает протоны через мембраны через молекулы АТФ-синтазы.
Когда они проникают в митохондриальный матрикс или внутрь прокариотической клетки, действие протоны позволяют молекуле АТФ-синтазы добавлять фосфатную группу к АДФ или аденозиндифосфату молекула. АДФ становится АТФ или аденозинтрифосфатом, а энергия накапливается в дополнительной фосфатной связи.
Почему важна электронная транспортная цепочка?
Каждая из трех фаз клеточного дыхания включает в себя важные клеточные процессы, но ETC производит намного больше АТФ. Поскольку производство энергии является одной из ключевых функций клеточного дыхания, АТФ является наиболее важной фазой с этой точки зрения.
Где ETC производит до 34 молекулы АТФ из продуктов одной молекулы глюкозы цикл лимонной кислоты производит две, а гликолиз производит четыре молекулы АТФ, но использует две из них.
Другая ключевая функция ETC - производство НАД а также FAD из НАДН и ФАДН в первых двух химических комплексах. Продуктами реакций в комплексе I и II ETC являются молекулы НАД и ФАД, которые необходимы в цикле лимонной кислоты.
В результате цикл лимонной кислоты зависит от ETC. Поскольку ETC может происходить только в присутствии кислорода, который действует как конечный акцептор электронов, цикл клеточного дыхания может работать в полной мере только тогда, когда организм принимает кислород.
Как кислород попадает в митохондрии?
Всем развитым организмам для выживания нужен кислород. Некоторые животные вдыхают кислород из воздуха, в то время как водные животные могут жабры или поглощают кислород через свои Оболочки.
У высших животных красные кровяные тельца поглощают кислород в легкие и вынесите в тело. Артерии, а затем и крошечные капилляры распределяют кислород по тканям тела.
Поскольку митохондрии используют кислород для образования воды, кислород диффундирует из красных кровяных телец. Молекулы кислорода перемещаются через клеточные мембраны внутрь клетки. По мере того, как существующие молекулы кислорода израсходованы, их место занимают новые.
Пока присутствует достаточно кислорода, митохондрии могут поставлять всю энергию, в которой нуждается клетка.
Химический обзор клеточного дыхания и ETC
Глюкоза - это углевод при окислении образуется углекислый газ и вода. Во время этого процесса электроны попадают в цепь переноса электронов.
Поток электронов используется белковыми комплексами в митохондриальных или клеточных мембранах для переноса ионов водорода, H +через мембраны. Наличие большего количества ионов водорода вне мембраны, чем внутри, создает дисбаланс pH с более кислым раствором вне мембраны.
Чтобы сбалансировать pH, ионы водорода возвращаются через мембрану через белковый комплекс АТФ-синтазы, стимулируя образование молекул АТФ. Химическая энергия, полученная от электронов, превращается в электрохимическую форму энергии, запасенной в градиенте ионов водорода.
Когда электрохимическая энергия высвобождается через поток ионов или протонов водорода через комплекс АТФ-синтазы, она изменяется на биохимическая энергия в виде АТФ.
Запрещение механизма переноса электронной цепи
Реакции внеземных цивилизаций - это высокоэффективный способ производства и хранения энергии, используемой клеткой для ее движения, размножения и выживания. Когда одна из серий реакций блокируется, ETC больше не функционирует, и клетки, которые на него полагаются, умирают.
У некоторых прокариот есть альтернативные способы производства энергии, используя в качестве конечного электрона вещества, отличные от кислорода. акцептор, но эукариотические клетки зависят от окислительного фосфорилирования и цепи переноса электронов для получения энергии потребности.
Вещества, которые могут ингибировать действие ETC, могут блокировать окислительно-восстановительные реакции, ингибируют перенос протонов или модифицируют ключевые ферменты. Если окислительно-восстановительный этап заблокирован, перенос электронов прекращается, и окисление достигает высоких уровней на кислородном конце, в то время как дальнейшее восстановление происходит в начале цепи.
Когда протоны не могут переноситься через мембраны или ферменты, такие как АТФ-синтаза, разрушаются, производство АТФ прекращается.
В любом случае функции клетки нарушаются, и клетка умирает.
Вещества растительного происхождения, такие как ротенон, соединения, такие как цианид и антибиотики, такие как антимицин может быть использован для подавления реакции ETC и для целевой гибели клеток.
Например, ротенон используется как инсектицид, а антибиотики используются для уничтожения бактерий. Когда есть необходимость контролировать распространение и рост организмов, ETC можно рассматривать как ценную точку атаки. Нарушение его функции лишает клетку энергии, необходимой для жизни.