Elektron Taşıma Zinciri (ETC): Tanımı, Yeri ve Önemi

Çoğu canlı hücre, enerjiyi serbest bırakmak için oksijenin alınmasını içeren hücresel solunum yoluyla besinlerden enerji üretir. Elektron taşıma zinciri veya ETC, bu sürecin üçüncü ve son aşamasıdır, diğer ikisi glikoliz ve sitrik asit döngüsü.

Üretilen enerji formda depolanır. ATP veya canlı organizmalarda bulunan bir nükleotit olan adenosin trifosfat.

ATP molekülleri enerji depolarında fosfat bağları. ETC, en fazla ATP ürettiği için, enerji açısından hücresel solunumun en önemli aşamasıdır. Bir dizi redoks reaksiyonunda, enerji serbest bırakılır ve üç fosfat grubuyla ATP oluşturmak için adenozin difosfata üçüncü bir fosfat grubu eklemek için kullanılır.

Bir hücre enerjiye ihtiyaç duyduğunda üçüncü fosfat grubu bağını kırar ve ortaya çıkan enerjiyi kullanır.

Hücre solunumunun kimyasal reaksiyonlarının çoğu redoks reaksiyonlarıdır. Bunlar, aşağıdakileri içeren hücresel maddeler arasındaki etkileşimlerdir. azalma ve oksidasyon (veya redoks) aynı anda. Elektronlar moleküller arasında aktarılırken, bir kimyasal grubu oksitlenirken başka bir grup indirgenir.

Bir dizi redoks reaksiyonu, elektron taşıma zinciri.

Oksitlenen kimyasallar indirgeyici maddelerdir. Elektron alırlar ve elektronlarını alarak diğer maddeleri indirgerler. Bu diğer kimyasallar oksitleyici maddelerdir. Redoks kimyasal reaksiyonunda elektron verirler ve diğer tarafları oksitlerler.

Bir dizi redoks kimyasal reaksiyonu meydana geldiğinde, elektronlar, nihai indirgeyici ajanla birleşene kadar birçok aşamadan geçirilebilir.

Gelişmiş organizmaların veya ökaryotların hücrelerinin bir çekirdek ve denir ökaryotik hücreler. Bu yüksek seviyeli hücreler ayrıca küçük zara bağlı Hücre için enerji üreten mitokondri adı verilen yapılar. Mitokondri, ATP molekülleri şeklinde enerji üreten küçük fabrikalar gibidir. Elektron taşıma zinciri reaksiyonları içinde gerçekleşir. mitokondri.

Hücrenin yaptığı işe bağlı olarak, hücreler daha fazla veya daha az mitokondriye sahip olabilir. Kas hücreleri bazen binlercesi var çünkü çok fazla enerjiye ihtiyaçları var. Bitki hücrelerinde de mitokondri bulunur; fotosentez yoluyla glikoz üretirler ve daha sonra bu, hücresel solunumda ve nihayetinde mitokondrideki elektron taşıma zincirinde kullanılır.

ETC reaksiyonları, mitokondrinin iç zarı üzerinde ve boyunca gerçekleşir. Başka bir hücre solunum süreci, sitrik asit döngüsü, mitokondri içinde gerçekleşir ve ETC reaksiyonlarının ihtiyaç duyduğu bazı kimyasalları sağlar. ETC, aşağıdakilerin özelliklerini kullanır: iç mitokondriyal zar sentezlemek ATP molekülleri.

Mitokondri küçük ve bir hücreden çok daha küçüktür. Onu doğru bir şekilde görmek ve yapısını incelemek için birkaç bin kez büyütmeli bir elektron mikroskobu gereklidir. Elektron mikroskobundan alınan görüntüler, mitokondrinin düz, uzun bir dış zara ve bir ağır katlanmış iç zar.

İç zar kıvrımları parmak şeklindedir ve mitokondrinin iç kısmına kadar uzanır. İç zarın iç kısmında matris adı verilen bir sıvı bulunur ve iç ve dış zarlar arasında matriks adı verilen viskoz sıvı dolu bir bölge bulunur. zarlar arası boşluk.

Sitrik asit döngüsü matriste gerçekleşir ve ETC tarafından kullanılan bazı bileşikleri üretir. ETC, bu bileşiklerden elektronları alır ve ürünleri sitrik asit döngüsüne geri döndürür. İç zarın kıvrımları, elektron taşıma zinciri reaksiyonları için çok fazla alana sahip geniş bir yüzey alanı sağlar.

Tek hücreli organizmaların çoğu prokaryottur, yani hücrelerin çekirdeği yoktur. Bu prokaryotik hücreler, hücre duvarı ve hücreyi çevreleyen ve hücreye giren ve çıkanları kontrol eden hücre zarları ile basit bir yapıya sahiptir. Prokaryotik hücreler mitokondri ve diğer eksikliği zarla çevrili organeller. Bunun yerine, hücre enerji üretimi hücre boyunca gerçekleşir.

Yeşil algler gibi bazı prokaryotik hücreler, glikoz üretebilir. fotosentez, diğerleri ise glikoz içeren maddeleri yutar. Glikoz daha sonra hücre solunumu yoluyla hücre enerjisi üretimi için gıda olarak kullanılır.

Bu hücrelerde mitokondri bulunmadığından, hücre solunumunun sonundaki ETC reaksiyonu, hücre duvarının hemen içinde bulunan hücre zarları üzerinde ve boyunca gerçekleşmelidir.

ETC, sitrik asit döngüsü tarafından üretilen kimyasallardan yüksek enerjili elektronları kullanır ve bunları dört adımda düşük enerji düzeyine getirir. Bu kimyasal reaksiyonlardan elde edilen enerji, pompa protonları bir zar boyunca. Bu protonlar daha sonra zardan geri yayılır.

Prokaryotik hücreler için proteinler, hücreyi çevreleyen hücre zarları boyunca pompalanır. Mitokondrili ökaryotik hücreler için protonlar, iç mitokondriyal zar boyunca matristen zarlar arası boşluğa pompalanır.

Kimyasal elektron donörleri şunları içerir: NADH ve FADH son elektron alıcısı ise oksijendir. NAD ve FAD kimyasalları sitrik asit döngüsüne geri verilirken oksijen hidrojenle birleşerek su oluşturur.

Zarlar boyunca pompalanan protonlar bir proton gradyanı. Gradyan, protonların zarlardan geri hareket etmesine izin veren bir proton hareket kuvveti üretir. Bu proton hareketi ATP sentazı aktive eder ve ATP moleküllerini oluşturur. ADP. Genel kimyasal süreç denir oksidatif fosforilasyon.

Elektron taşıma zincirini dört kimyasal kompleks oluşturur. Aşağıdaki işlevlere sahiptirler:

• Kompleks I elektron donörü NADH'yi matristen alır ve zarlar boyunca protonları pompalamak için enerjiyi kullanırken elektronları zincirden aşağı gönderir.
• Kompleks II zincire ek elektronlar sağlamak için FADH'yi elektron donörü olarak kullanır.
• Kompleks III elektronları sitokrom adı verilen bir ara kimyasala geçirir ve zarlara daha fazla proton pompalar.
• Karmaşık IV sitokromdan elektronları alır ve iki hidrojen atomu ile birleşerek bir su molekülü oluşturan bir oksijen molekülünün yarısına iletir.

Bu işlemin sonunda, proton gradyanı, zarlar boyunca her bir kompleks pompalanan proton tarafından üretilir. Sonuç proton-hareket gücü protonları ATP sentaz molekülleri aracılığıyla zarlardan çeker.

Mitokondriyal matrise veya prokaryotik hücrenin içine geçtiklerinde, protonlar, ATP sentaz molekülünün bir ADP veya adenosin difosfata bir fosfat grubu eklemesine izin verir. molekül. ADP, ATP veya adenozin trifosfat olur ve enerji, ekstra fosfat bağında depolanır.

Üç hücresel solunum fazının her biri önemli hücre işlemlerini içerir, ancak ETC açık ara farkla en fazla ATP'yi üretir. Enerji üretimi hücre solunumunun temel işlevlerinden biri olduğundan, ATP bu açıdan en önemli aşamadır.

ETC'nin üretim yaptığı yere kadar 34 molekül ATP bir glikoz molekülünün ürünlerinden sitrik asit döngüsü iki tane üretir ve glikoliz dört ATP molekülü üretir ancak ikisini tüketir.

ETC'nin diğer temel işlevi, üretmektir. NAD ve HEVES ilk iki kimyasal komplekste NADH ve FADH'den. ETC kompleksi I ve kompleks II'deki reaksiyonların ürünleri, sitrik asit döngüsünde gerekli olan NAD ve FAD molekülleridir.

Sonuç olarak, sitrik asit döngüsü ETC'ye bağlıdır. ETC yalnızca son elektron alıcısı olarak görev yapan oksijenin varlığında gerçekleşebildiğinden, hücre solunum döngüsü ancak organizma oksijen aldığında tam olarak çalışabilir.

Tüm gelişmiş organizmalar hayatta kalmak için oksijene ihtiyaç duyar. Bazı hayvanlar havadaki oksijeni solurken, suda yaşayan hayvanlar solungaçlar ya da oksijeni emerler. deriler.

Daha yüksek hayvanlarda, kırmızı kan hücreleri oksijeni emer. akciğerler ve vücuda taşıyın. Arterler ve ardından küçük kılcal damarlar oksijeni vücudun dokularına dağıtır.

Mitokondri, su oluşturmak için oksijeni kullandığından, oksijen kırmızı kan hücrelerinden difüze olur. Oksijen molekülleri hücre zarlarından geçerek hücrenin içine doğru hareket eder. Mevcut oksijen molekülleri tükenirken yerlerini yeni moleküller alır.

Yeterli oksijen bulunduğu sürece, mitokondri hücrenin ihtiyaç duyduğu tüm enerjiyi sağlayabilir.

Glikoz bir karbonhidrat oksitlendiğinde karbondioksit ve su üretir. Bu işlem sırasında elektronlar elektron taşıma zincirine beslenir.

Elektronların akışı, hidrojen iyonlarını taşımak için mitokondriyal veya hücre zarlarındaki protein kompleksleri tarafından kullanılır. H+, membranlar boyunca. Bir zarın dışında içeriden daha fazla hidrojen iyonunun bulunması, pH dengesizliği zarın dışında daha asidik bir çözelti ile.

PH'ı dengelemek için, hidrojen iyonları ATP sentaz protein kompleksi boyunca membran boyunca geri akar ve ATP moleküllerinin oluşumunu yönlendirir. Elektronlardan toplanan kimyasal enerji, hidrojen iyonu gradyanında depolanan bir elektrokimyasal enerji formuna dönüştürülür.

Elektrokimyasal enerji, ATP sentaz kompleksi boyunca hidrojen iyonlarının veya protonların akışı yoluyla serbest bırakıldığında, biyokimyasal enerji ATP şeklinde.

ETC reaksiyonları, hücrenin hareketinde, üremesinde ve hayatta kalmasında kullanması için enerji üretmenin ve depolamanın oldukça verimli bir yoludur. Reaksiyon dizilerinden biri bloke edildiğinde, ETC artık çalışmaz ve ona dayanan hücreler ölür.

Bazı prokaryotlar, son elektron olarak oksijen dışındaki maddeleri kullanarak enerji üretmenin alternatif yollarına sahiptir. alıcı, ancak ökaryotik hücreler, enerjileri için oksidatif fosforilasyona ve elektron taşıma zincirine bağlıdır. ihtiyaçlar.

ETC eylemini engelleyebilecek maddeler, blok redoks reaksiyonları, proton transferini inhibe eder veya anahtar enzimleri değiştirir. Redoks basamağı engellenirse elektron transferi durur ve oksidasyon oksijen ucunda yüksek seviyelere ilerlerken zincirin başında daha fazla indirgeme gerçekleşir.

Protonlar zarlardan aktarılamadığında veya ATP sentaz gibi enzimler bozulduğunda, ATP üretimi durur.

Her iki durumda da hücre fonksiyonları bozulur ve hücre ölür.

gibi bitki bazlı maddeler rotenongibi bileşikler siyanür ve antibiyotikler gibi antimisin ETC reaksiyonunu inhibe etmek ve hedeflenen hücre ölümünü sağlamak için kullanılabilir.

Örneğin, rotenon bir insektisit olarak kullanılır ve bakterileri öldürmek için antibiyotikler kullanılır. Organizma çoğalmasını ve büyümesini kontrol etme ihtiyacı olduğunda, ETC değerli bir saldırı noktası olarak görülebilir. İşlevini bozmak, hücreyi yaşamak için ihtiyaç duyduğu enerjiden yoksun bırakır.