Већина живих ћелија производи енергију из хранљивих састојака ћелијским дисањем које укључује узимање кисеоника за ослобађање енергије. Ланац преноса електрона или ЕТЦ је трећа и последња фаза овог процеса, док су остале две гликолиза и циклус лимунске киселине.
Произведена енергија се складишти у облику АТП или аденозин трифосфат, који је нуклеотид који се налази у живим организмима.
Молекули АТП складиште енергију у свом фосфатне везе. ЕТЦ је најважнија фаза ћелијског дисања са енергетског становишта, јер производи највише АТП. У низу редокс реакција, енергија се ослобађа и користи се за везивање треће фосфатне групе за аденозин дифосфат да би се створио АТП са три фосфатне групе.
Кад ћелији треба енергија, она прекида везу треће фосфатне групе и користи добијену енергију.
Шта су Редок реакције?
Многе хемијске реакције ћелијског дисања су редокс реакције. То су интеракције између ћелијских супстанци које укључују смањење и оксидација (или редокс) у исто време. Како се електрони преносе између молекула, један скуп хемикалија се оксидира, док се други скуп редукује.
Низ редокс реакција чине ланац за транспорт електрона.
Хемикалије које се оксидирају су редукциони агенси. Они прихватају електроне и смањују остале супстанце узимајући им електроне. Ове друге хемикалије су оксидирајућа средства. Они донирају електроне и оксидирају остале стране у редокс хемијској реакцији.
Када се одвија низ редокс хемијских реакција, електрони се могу преносити кроз више фаза док не заврше у комбинацији са коначним редукционим средством.
Где се налази ланчана транспортна реакција електрона у Еукариотима?
Ћелије напредних организама или еукариота имају а језгро и зову се еукариотске ћелије. Ове ћелије вишег нивоа такође имају мале мембрански везан структуре назване митохондрији које производе енергију за ћелију. Митохондрији су попут малих фабрика које генеришу енергију у облику АТП молекула. Ланчане реакције транспорта електрона одвијају се унутар митохондрије.
У зависности од посла који ћелија ради, ћелије могу имати више или мање митохондрија. Мишићне ћелије понекад их имају хиљаде јер им треба пуно енергије. Биљне ћелије имају и митохондрије; производе глукозу фотосинтезом, а затим се то користи у ћелијском дисању и на крају у ланцу транспорта електрона у митохондријима.
ЕТЦ реакције се одвијају на и преко унутрашње мембране митохондрија. Још један процес дисања ћелија, циклус лимунске киселине, одвија се унутар митохондрија и испоручује неке од хемикалија потребних за ЕТЦ реакције. ЕТЦ користи карактеристике унутрашња митохондријска мембрана да синтетише АТП молекули.
Како изгледа митохондрија?
Митохондрија је сићушна и много мања од ћелије. Да би се правилно видео и проучио његова структура, потребан је електронски микроскоп са увећањем од неколико хиљада пута. Слике са електронског микроскопа показују да митохондрија има глатку, издужену спољну мембрану и а јако пресавијени унутрашња мембрана.
Набори унутрашње мембране су обликовани попут прстију и сежу дубоко у унутрашњост митохондриона. Унутрашњост унутрашње мембране садржи течност која се назива матрикс, а између унутрашње и спољашње мембране налази се вискозно течност испуњена регија која се назива интермембрански простор.
Циклус лимунске киселине одвија се у матрици и он производи нека једињења која користи ЕТЦ. ЕТЦ узима електроне из ових једињења и враћа производе назад у циклус лимунске киселине. Набори унутрашње мембране дају јој велику површину са пуно простора за ланчане реакције транспорта електрона.
Где се одвија ЕТЦ реакција код прокариота?
Већина једноћелијских организама су прокариоти, што значи да ћелијама недостаје језгро. Ове прокариотске ћелије имају једноставну структуру са ћелијским зидом и ћелијским мембранама које окружују ћелију и контролишу шта улази и излази из ћелије. Прокариотске ћелије недостају митохондрији и друго мембране везане органеле. Уместо тога, производња ћелијске енергије одвија се у целој ћелији.
Неке прокарионтске ћелије попут зелених алги могу да производе глукозу из фотосинтеза, док други уносе супстанце које садрже глукозу. Затим се глукоза користи као храна за производњу ћелијске енергије путем ћелијског дисања.
Пошто ове ћелије немају митохондрије, ЕТЦ реакција на крају ћелијског дисања мора да се одвија на и преко ћелијских мембрана које се налазе непосредно унутар ћелијског зида.
Шта се дешава током ланца транспорта електрона?
ЕТЦ користи електроне високе енергије из хемикалија произведених циклусом лимунске киселине и води их кроз четири корака до ниског нивоа енергије. Енергија ових хемијских реакција се користи протони пумпе преко опне. Ови протони се затим дифузно враћају кроз мембрану.
За прокариотске ћелије, протеини се пумпају кроз ћелијске мембране које окружују ћелију. За еукариотске ћелије са митохондријима, протони се пумпају кроз унутрашњу митохондријску мембрану из матрице у интермембрански простор.
Хемијски донатори електрона укључују НАДХ и ФАДХ док је коначни акцептор електрона кисеоник. Хемикалије НАД и ФАД се враћају у циклус лимунске киселине, док се кисеоник комбинује са водоником и ствара воду.
Протони пумпани преко мембрана стварају а протонски градијент. Градијент ствара протонско-мотивску силу која омогућава протонима да се крећу назад кроз мембране. Ово кретање протона активира АТП синтазу и ствара молекуле АТП од АДП. Укупан хемијски процес се назива оксидативне фосфорилације.
Која је функција четири комплекса ЕТЦ-а?
Четири хемијска комплекса чине ланац транспорта електрона. Имају следеће функције:
- Комплекс И узима донор електрона НАДХ из матрице и шаље електроне низ ланац док користи енергију за пумпање протона преко мембрана.
- Комплекс ИИ користи ФАДХ као донор електрона за довод додатних електрона у ланац.
- Комплекс ИИИ прослеђује електроне у средњу хемикалију која се назива цитокром и пумпа више протона кроз мембране.
- Комплекс ИВ прима електроне из цитокрома и прослеђује их на половину молекула кисеоника који се комбинује са два атома водоника и формира молекул воде.
На крају овог процеса сваки сложени проток пумпања преко мембрана ствара градијент протона. Резултати протонско-мотивска сила извлачи протоне кроз мембране преко молекула АТП синтазе.
Како прелазе у митохондријски матрикс или унутрашњост прокарионтске ћелије, дејство протони омогућавају молекулу АТП синтазе да дода фосфатну групу у АДП или аденозин дифосфат молекула. АДП постаје АТП или аденозин трифосфат, а енергија се складишти у додатној фосфатној вези.
Зашто је ланац транспорта електрона важан?
Свака од три фазе ћелијског дисања укључује важне ћелијске процесе, али ЕТЦ производи далеко највише АТП. Будући да је производња енергије једна од кључних функција ћелијског дисања, АТП је с те тачке гледишта најважнија фаза.
Тамо где ЕТЦ производи до 34 молекула АТП од производа једног молекула глукозе, циклус лимунске киселине производи два, а гликолиза четири молекула АТП, али троши два од њих.
Друга кључна функција ЕТЦ-а је производња НАД и ФАД из НАДХ и ФАДХ у прва два хемијска комплекса. Продукти реакција у ЕТЦ комплексу И и комплексу ИИ су молекули НАД и ФАД који су потребни у циклусу лимунске киселине.
Као резултат, циклус лимунске киселине зависи од ЕТЦ-а. Будући да се ЕТЦ може одвијати само у присуству кисеоника, који делује као крајњи акцептор електрона, ћелијски циклус дисања може у потпуности деловати само када организам унесе кисеоник.
Како кисеоник улази у митохондрије?
Свим напредним организмима је потребан кисеоник да би преживели. Неке животиње удишу кисеоник из ваздуха, док водене животиње могу шкрге или апсорбују кисеоник кроз своје коже.
Код виших животиња црвене крвне ћелије апсорбују кисеоник у плућа и спровести га у тело. Артерије, а затим ситни капилари дистрибуирају кисеоник кроз телесна ткива.
Како митохондрији троше кисеоник за стварање воде, кисеоник се дифундира из црвених крвних зрнаца. Молекули кисеоника путују кроз ћелијске мембране и улазе у унутрашњост ћелије. Како се постојећи молекули кисеоника троше, на њихово место долазе нови молекули.
Све док је присутно довољно кисеоника, митохондрији могу да снабдевају сву енергију која је ћелији потребна.
Хемијски преглед ћелијског дисања и слично
Глукоза је угљени хидрати који, када се оксидира, ствара угљен-диоксид и воду. Током овог процеса, електрони се доводе у ланац транспорта електрона.
Проток електрона користе протеински комплекси у митохондријским или ћелијским мембранама за транспорт јона водоника, Х +, преко мембрана. Присуство више јона водоника изван мембране него у њој ствара а пХ неравнотежа киселијим раствором изван мембране.
Да би избалансирали пХ, јони водоника теку кроз мембрану кроз комплекс протеина АТП синтазе, возећи стварање АТП молекула. Хемијска енергија прикупљена од електрона мења се у електрохемијски облик енергије ускладиштене у градијенту јона водоника.
Када се електрохемијска енергија ослободи протоком јона водоника или протона кроз комплекс АТП синтазе, она се мења у биохемијска енергија у облику АТП.
Инхибирање механизма транспорта ланца електрона
ЕТЦ реакције су високо ефикасан начин за производњу и складиштење енергије коју ћелија користи у свом кретању, размножавању и преживљавању. Када је једна од серије реакција блокирана, ЕТЦ више не функционише, а ћелије које се на њу ослањају умиру.
Неки прокариоти имају алтернативне начине за производњу енергије коришћењем супстанци које нису кисеоник као коначни електрон акцептор, али еукариотске ћелије зависе од оксидативне фосфорилације и ланца транспорта електрона за своју енергију потребе.
Супстанце које могу инхибирати ЕТЦ деловање могу блокирати редокс реакције, инхибирају пренос протона или модификују кључне ензиме. Ако је редокс-корак блокиран, пренос електрона се зауставља и оксидација наставља до високих нивоа на крају кисеоника, док се даље смањење одвија на почетку ланца.
Када протони не могу да се пребаце кроз мембране или се ензими као што је АТП синтаза деградирају, производња АТП се зауставља.
У оба случаја, функције ћелија се кваре и ћелија умире.
Супстанце на биљној бази као што су ротенон, једињења као што су цијанид и антибиотици као што су антимицин може се користити за инхибирање ЕТЦ реакције и за постизање циљане ћелијске смрти.
На пример, ротенон се користи као инсектицид, а антибиотици се користе за убијање бактерија. Када постоји потреба за контролом пролиферације и раста организма, ЕТЦ се може сматрати драгоценом тачком напада. Поремећај њене функције одузима ћелији енергију потребну за живот.
