معلومة

لماذا الأكسجين ضروري لفسفرة نقل الإلكترون؟

لماذا الأكسجين ضروري لفسفرة نقل الإلكترون؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أفهم أن الأكسجين هو متقبل الإلكترونات وأيونات الهيدروجين أثناء عملية الفسفرة بنقل الإلكترون ، وهي الخطوة الأخيرة من التنفس الهوائي الذي ينتج ATP.

لكن لماذا؟

ألا توجد أي بدائل أخرى لهذا المتقبل؟ من المعروف بالفعل أن للأكسجين تأثيرات ضارة عديدة على الخلايا - ألن يكون جزيء آخر هو الخيار الأفضل؟

لماذا يتطلب الأمر "متقبل"لقبول الإلكترونات وأيونات الهيدروجين؟ ماذا سيحدث إذا تُركت وشأنها؟

أعتذر إذا كان سؤالي ناتجًا عن جهلي بأساسيات الكيمياء أو علم الأحياء ، لكن يرجى الإشارة إليه وشرح ذلك لي. شكرا!


ألا توجد أي بدائل أخرى لهذا المتقبل؟

ليس هذا ما نعلمه. يتطلب كل بديل آخر بيئة لاهوائية - مما يعني أنها صغيرة ، وغالبًا ما تكون أقل كفاءة.

من المعروف بالفعل أن للأكسجين تأثيرات ضارة عديدة على الخلايا - ألن يكون جزيء آخر هو الخيار الأفضل؟

عندما نتحدث عن ملاءمة جزيء ما ، فهناك العديد من الأشياء التي يجب مراعاتها. في المقام الأول ، كهرسلبيتها ، حيث تحدد ثباتها ، وقدرتها على قبول الإلكترونات والبروتونات والتبرع بها ، وسهولة اكتسابها في ظل وجود كميات وفيرة في البيئة.

يعتبر الأكسجين الجزيئي مستقرًا نسبيًا بالنسبة للعديد من الجزيئات الذرية الثنائية ، وهو متفاعل نسبيًا مع الجزيئات الأخرى. إنه في منطقة الزبدة لفعل كونك متقبل نهائي.

لنفكر في الفلورايد: فكله تقريبًا مرتبط في الصخور بعناصر أخرى. إنه غير متوفر في كل مكان. قد يكون مرشحًا جيدًا إذا تمكنا من أكل الصخور ، ولكنه أيضًا يحل محل المعادن في عظامنا وأسناننا. نعم ، أنت معتاد على هذا - ولكن الكثير يؤدي إلى التسمم بالفلور - حيث يتم استبدال الكثير من مركب الكالسيوم ، وينتهي الأمر بتكوين العظام والأسنان كثيرًا أضعف.

حسنًا ، دعنا نفكر في النيتروجين - كهرسلبية مستقرة جدًا ، جيدة جدًا ، وفيرة ... لكن قليلاً جدا مستقر. نعم ، إنه غاز ، إنه موجود في كل مكان ، ولا يمكننا استخدام لعق منه. إنه مستقر لدرجة أنه خامل أساسًا. السبب الوحيد الذي يمكن أن تستخدمه الجذور والبكتيريا المفيدة الأخرى هو أنها في بيئة خاضعة للرقابة بعيدًا عن الأكسجين مع عمليات كيميائية حيوية مختلفة بشكل كبير تنتج طاقة أقل (وربما لن تكون قادرة على دعم كائنات حية متعددة الخلايا نشطة بنفس القدر كما نحن). لذلك ، خرج النيتروجين.

كربون؟ لا ، لأنه أيون يتفاعل بشكل خطير ، وهو مستقر للغاية مثل أي شيء آخر. بالإضافة إلى ذلك ، نحن قائمون على الكربون! إذا استخدمنا الكربون كمستقبل طرفي ، فإن البروتينات التي تتعامل مع الإلكترونات يجب أن تكون أكثر غرابة ومليئة بعناصر أخرى لمنعها من التهام الإلكترون عن طريق الخطأ وتصبح عديمة الفائدة.

كبريت؟ ليس كهربيًا بما يكفي للأغراض البشرية ، للأسف. لن يكون بمثابة متقبل نهائي ما لم تؤكسده أجسادنا بشكل خطير ؛ وأي جزيئات مؤكسدة تطفو ستكون كذلك أكثر خطير من الأكسجين الجزيئي العائم. بالإضافة إلى أن معظم الكبريت يرتبط بالمعادن أيضًا - ليس وفيرًا إلا إذا كنت في المحيط.

الأكسجين وفير بشكل لا يصدق ويسهل إجراء الكيمياء معه. عادة ما تكون الجزيئات الأكثر تفاعلية غير وفيرة ومقيدة في القشرة الأرضية ويمكن أن تكون كذلك أكثر خطورة.

تميل الجزيئات الأقل تفاعلًا إلى أن تكون غير تفاعلية بحيث لا يمكننا فعل أي شيء معها ، وإذا تمكنا من إجبارها على حالة تكون فيها تفاعلية ، فإنها تميل إلى أن تكون تفاعلية عنيفة أو تتطلب بيئات محددة للغاية لا يمكننا القيام بها. تتكاثر على نطاق ضروري لنكون متحركين مثلنا.

الأكسجين ليس مثاليًا ، لكنه مناسب تمامًا.

لماذا يتطلب الأمر "متقبلًا" لقبول الإلكترونات وأيونات الهيدروجين؟ ماذا سيحدث لو تُركوا بمفردهم؟

نفس الشيء الذي سيحدث إذا قمت بسد أنبوب أو خرطوم. بمجرد امتلاء جميع متقبلات الإلكترون في سلسلة النقل ، تتوقف الحركة. لن يتم امتصاص الإلكترونات بطريقة سحرية بواسطة أجزاء أخرى من البروتينات التي تتكون منها السلاسل ، وبينما قد تكون هناك تفاعلات خاطئة مع جزيئات أخرى ، ستكون محظوظًا لإخراج جزيء ATP بالكامل في يوم واحد - بافتراض أنك تستطيع ذلك بطريقة سحرية ابق على قيد الحياه.

في الواقع ، تسمم السيانيد هو بالضبط ما تطلبه ، وسوف يقتلك بسرعة كبيرة.


ألا توجد أي بدائل أخرى لهذا المتقبل؟

نعم ، هناك عدة متقبلات أخرى تستخدمها البكتيريا اللاهوائية. من المحتمل أن يكون الحديد هو المستقبِل الآخر الأكثر شيوعًا الذي تستخدمه مجموعة من الكائنات الحية في مجموعة من البيئات ولكن يتم استخدام البعض الآخر أيضًا ، مثل الكبريت.

ألا توجد أي بدائل أخرى لهذا المتقبل؟ من المعروف بالفعل أن للأكسجين تأثيرات ضارة عديدة على الخلايا - ألن يكون جزيء آخر هو الخيار الأفضل؟

لا ، الأكسجين متقبل جيد جدًا. إنها كهرسلبية للغاية مما يجعل العملية عالية الكفاءة ، كما أنها وفيرة في البيئة منذ إنشائها عن طريق التمثيل الضوئي. هذا له نتيجتان: أولاً ، هناك الكثير لاستخدامه ، مما يجعله خيارًا جيدًا (من الواضح) ، وثانيًا ، تحتاج الخلايا إلى التعامل مع الآثار الضارة للأكسجين بغض النظر عما إذا كانت ستستفيد منه.


لماذا الأكسجين ضروري لفسفرة نقل الإلكترون؟ - مادة الاحياء

الفسفرة التأكسدية ، بدمج عمليتين مترابطتين & # 8211 تدفق الإلكترونات من خلال سلسلة نقل الإلكترون وصولا إلى الأكسجين و اقتران كيميائي - ، هي المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي.

يتم تخزين الإلكترونات عالية الطاقة التي يتم استخلاصها أثناء تحلل جزيئات الطعام عن طريق المسارات الأيضية الخلوية في ناقلات الإلكترون & # 8211 NADH و FADH2. يتم تحويل الطاقة المخزنة في هذه الجزيئات إلى عملة طاقة خلوية (أي ATP) فقط عن طريق الفسفرة المؤكسدة . في الواقع ، يحدث معظم إنتاج ATP أثناء التنفس الخلوي هنا. ألق نظرة على الرسم البياني أدناه الذي يوضح الترابط بين مسارات الطاقة الخلوية.

في مصفوفة الميتوكوندريا ، حاملات الإلكترون NADH و FADH2 إيداع الإلكترونات التي حصلوا عليها من تحلل السكر ودورة حمض الستريك في سلسلة نقل الإلكترون & # 8211 سلسلة من البروتينات المضمنة في غشاء الميتوكوندريا الداخلي. في سلسلة نقل الإلكترون ، يتم تمرير الإلكترونات من جزيء إلى آخر كسلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال. تؤدي حركة الإلكترونات بقوة & # 8220 downhill & # 8221 عبر السلسلة إلى ضخ البروتونات في الفضاء بين الغشاء بواسطة المجمعات الأولى والثالثة والرابعة. نتيجة لذلك ، يتشكل التدرج الكهروكيميائي (أي التدرج البروتوني) عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

يتم استخدام هذا التدرج عن طريق اقتران تناضح كيميائي لصنع ATP من خلال فسفرة ADP. في هذه العملية ، تتدفق البروتونات أسفل تدرج تركيزها إلى المصفوفة من خلال بروتين الغشاء ATP synthase ، مما يؤدي إلى دورانها (مثل عجلة الماء) وتحفيز تحويل ADP إلى ATP. ألق نظرة على الرسم البياني أدناه الذي يلخص الفسفرة المؤكسدة.

قد تتساءل أين يلعب الأكسجين دورًا في الخلوية & # 8220respiration & # 8221؟ عندما تكمل الإلكترونات تدفقها من خلال عناصر سلسلة نقل الإلكترون ، يقبلها الأكسجين. يأخذ الأكسجين أيضًا البروتونات من البيئة ، ويشكل الماء في هذه العملية. إذا لم يكن الأكسجين موجودًا لقبول الإلكترونات (على سبيل المثال ، لأن الشخص لا يتنفس كمية كافية من الأكسجين) ، ستتوقف سلسلة نقل الإلكترون عن العمل ، ولن يتم إنتاج ATP عن طريق التناضح الكيميائي. بدون ما يكفي من ATP ، لا تستطيع الخلايا تنفيذ ردود الفعل التي تحتاجها لتعمل ، وبعد فترة طويلة بما فيه الكفاية ، قد تموت.


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف لمعلمي Varsity.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


7.4 الفسفرة المؤكسدة

في هذا القسم سوف تستكشف الأسئلة التالية:

  • كيف تتحرك الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون وماذا يحدث لمستويات طاقتها؟
  • كيف يتم إنشاء التدرج البروتوني (H +) والحفاظ عليه بواسطة سلسلة نقل الإلكترون وكم عدد جزيئات ATP التي يتم إنتاجها عن طريق التناضح الكيميائي؟

اتصال لدورات AP ®

سلسلة نقل الإلكترون (ETC) هي مرحلة التنفس الهوائي التي تستخدم الأكسجين الحر كمتقبل نهائي للإلكترونات التي تمت إزالتها أثناء استقلاب الجلوكوز في تحلل السكر ودورة حمض الستريك. يقع ETC في غشاء كرستيات الميتوكوندريا ، وهي منطقة بها العديد من الطيات التي تزيد من مساحة السطح المتاحة للتفاعلات الكيميائية. الإلكترونات التي يحملها NADH و FADH2 يتم تسليمها إلى البروتينات المستقبلة للإلكترون المضمنة في الغشاء أثناء تحركها نحو مستقبل الإلكترون النهائي ، O2وتشكيل الماء. تمر الإلكترونات عبر سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال ، باستخدام الطاقة الحرة في ثلاث نقاط لنقل أيونات الهيدروجين عبر الغشاء. تساهم هذه العملية في تكوين تدرج H + المستخدم في التشنج الكيميائي. عندما يتم دفع البروتونات إلى أسفل تدرج تركيزها من خلال سينسيز ATP ، يتم إنشاء ATP من ADP والفوسفات غير العضوي. في ظل الظروف الهوائية ، يمكن أن تولد مراحل التنفس الخلوي 36-38 ATP.

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم تدعم المفاهيم الموضحة في الفكرة الكبيرة 2 من إطار منهج علم الأحياء AP ® ، كما هو موضح في الجدول. كما هو موضح في الجدول ، تتوافق المفاهيم التي تم تناولها في هذا القسم أيضًا مع أهداف التعلم المدرجة في إطار المناهج الدراسية التي توفر أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

فكرة كبيرة 2 تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة المجانية ولبنات البناء الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.
الفهم الدائم 2 يتطلب نمو وتكاثر وصيانة النظم الحية طاقة ومادّة حرة.
المعرفة الأساسية 2-أ 1 تتطلب جميع الأنظمة الحية مدخلات ثابتة من الطاقة المجانية.
ممارسة العلوم 1.4 يمكن للطالب استخدام التمثيلات والنماذج لتحليل المواقف أو حل المشكلات نوعًا وكميًا.
ممارسة العلوم 3.1 يمكن للطالب طرح أسئلة علمية.
هدف التعلم 2.4 يستطيع الطالب استخدام التمثيلات لطرح أسئلة علمية حول الآليات والميزات الهيكلية التي تسمح للكائنات الحية بالتقاط وتخزين واستخدام الطاقة المجانية.
المعرفة الأساسية 2-أ 1 تتطلب جميع الأنظمة الحية مدخلات ثابتة من الطاقة المجانية.
ممارسة العلوم 6.2 يمكن للطالب بناء تفسيرات للظواهر بناءً على الأدلة المنتجة من خلال الممارسات العلمية.
هدف التعلم 2.5 الطالب قادر على بناء تفسيرات للآليات والسمات الهيكلية للخلايا التي تسمح للكائنات الحية بالتقاط أو تخزين أو استخدام الطاقة المجانية.

دعم المعلم

أدخل الفسفرة المؤكسدة باستخدام صور مثل هذا الفيديو.

اطلب من الطلاب إنشاء تمثيل مرئي يُظهر نظرة عامة على تحلل السكر ودورة حمض الستريك وكيف ترتبط الدورات ببعضها البعض.

يتم توضيح مثال هنا.

تحتوي أسئلة تحدي ممارسة العلوم على أسئلة اختبار إضافية لهذا القسم والتي ستساعدك على التحضير لامتحان AP. تتناول هذه الأسئلة المعايير التالية:
[APLO 2.5] [APLO 2.15] [APLO 2.18] [APLO 2.22]

لقد قرأت للتو عن مسارين يقدمان هدم الجلوكوز - تحلل الجلوكوز ودورة حمض الستريك - التي تولد ATP. ومع ذلك ، لا يتم إنشاء معظم ATP المتولدة أثناء الهدم الهوائي للجلوكوز مباشرة من هذه المسارات. بدلاً من ذلك ، فهو مشتق من عملية تبدأ بتحريك الإلكترونات عبر سلسلة من ناقلات الإلكترون التي تخضع لتفاعلات الأكسدة والاختزال. هذا يتسبب في تراكم أيونات الهيدروجين داخل الفضاء بين الأغشية. لذلك ، يتشكل تدرج التركيز الذي تنتشر فيه أيونات الهيدروجين من الفضاء بين الأغشية إلى مصفوفة الميتوكوندريا بالمرور عبر سينسيز ATP. يعمل تيار أيونات الهيدروجين على تنشيط العمل التحفيزي لـ ATP synthase ، والذي يفسفر ADP ، وينتج ATP.

سلسلة نقل الإلكترون

سلسلة نقل الإلكترون (الشكل 7.11) هي العنصر الأخير في التنفس الهوائي وهي الجزء الوحيد من استقلاب الجلوكوز الذي يستخدم الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي. ينتشر الأكسجين باستمرار في النباتات عند الحيوانات ، ويدخل الجسم عبر الجهاز التنفسي. نقل الإلكترون عبارة عن سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تشبه سباق الترحيل أو لواء دلو حيث يتم تمرير الإلكترونات بسرعة من مكون إلى آخر ، إلى نقطة نهاية السلسلة حيث تقلل الإلكترونات الأكسجين الجزيئي ، وتنتج الماء. هناك أربعة مجمعات تتكون من بروتينات ، مرقمة من I إلى IV في الشكل 7.11 ، وتجميع هذه المجمعات الأربعة ، جنبًا إلى جنب مع ناقلات الإلكترون المحمولة المرتبطة بها ، تسمى سلسلة نقل الإلكترون. توجد سلسلة نقل الإلكترون في نسخ متعددة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا لحقيقيات النوى والغشاء البلازمي لبدائيات النوى.

مجمع أنا

للبدء ، يتم نقل إلكترونين إلى المجمع الأول على متن NADH. يتكون هذا المركب ، المسمى I ، من أحادي نيوكليوتيد الفلافين (FMN) وبروتين يحتوي على الحديد والكبريت (Fe-S). FMN ، المشتق من فيتامين ب2, يُطلق عليه أيضًا الريبوفلافين ، وهو واحد من عدة مجموعات صناعية أو عوامل مشتركة في سلسلة نقل الإلكترون. المجموعة الاصطناعية هي جزيء غير بروتيني ضروري لنشاط البروتين. المجموعات التعويضية هي جزيئات عضوية أو غير عضوية ، غير ببتيدية مرتبطة بالبروتين الذي يسهل وظيفته. تشتمل المجموعات الاصطناعية على الإنزيمات المشتركة ، وهي مجموعات الإنزيمات الاصطناعية. الإنزيم في المركب I هو NADH ديهيدروجينيز ويتكون من 44 سلسلة منفصلة من عديد الببتيد. يمكن للمركب أن يضخ أربعة أيونات هيدروجين عبر الغشاء من المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء ، وبهذه الطريقة يتم إنشاء تدرج أيون الهيدروجين والحفاظ عليه بين الجزأين المفصولين بواسطة غشاء الميتوكوندريا الداخلي.

س والمجمع الثاني

يستقبل المركب II مباشرة FADH2، والذي لا يمر عبر المركب I. المركب الذي يربط بين المجمعين الأول والثاني بالثالث هو ubiquinone (Q). جزيء Q قابل للذوبان في الدهون ويتحرك بحرية عبر قلب الغشاء الكارهة للماء. بمجرد أن يتم تقليله ، (QH2) ، يوبيكوينون يسلم إلكتروناته إلى المركب التالي في سلسلة نقل الإلكترون. تستقبل Q الإلكترونات المشتقة من NADH من المركب I والإلكترونات المشتقة من FADH2 من المجمع الثاني. هذا الانزيم و FADH2 تشكل معقدًا صغيرًا يسلم الإلكترونات مباشرة إلى سلسلة نقل الإلكترون ، متجاوزًا المجمع الأول. نظرًا لأن هذه الإلكترونات تتجاوز وبالتالي لا تنشط مضخة البروتون في المجمع الأول ، يتم تصنيع عدد أقل من جزيئات ATP من FADH2 الإلكترونات. يتناسب عدد جزيئات ATP التي تم الحصول عليها في النهاية بشكل مباشر مع عدد البروتونات التي يتم ضخها عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي.

المجمع الثالث

يتكون المركب الثالث من السيتوكروم ب ، وبروتين Fe-S آخر ، ومركز Rieske (مركز 2Fe-2S) ، وبروتينات السيتوكروم ج ، ويسمى هذا المركب أيضًا السيتوكروم أوكسيريدوكتاز. تحتوي بروتينات السيتوكروم على مجموعة اصطناعية من الهيم. يشبه جزيء الهيم الهيم الموجود في الهيموجلوبين ، لكنه يحمل الإلكترونات وليس الأكسجين. نتيجة لذلك ، يتم تقليل وتأكسد أيون الحديد في جوهره أثناء مروره بالإلكترونات ، ويتأرجح بين حالات الأكسدة المختلفة: Fe ++ (مخفض) و Fe +++ (مؤكسد). تتميز جزيئات الهيم في السيتوكرومات بخصائص مختلفة قليلاً بسبب تأثيرات البروتينات المختلفة التي تربطها ، مما يعطي خصائص مختلفة قليلاً لكل مركب. يقوم المركب III بضخ البروتونات عبر الغشاء ويمرر إلكتروناته إلى السيتوكروم ج للنقل إلى المجمع الرابع من البروتينات والإنزيمات (السيتوكروم ج هو متقبل للإلكترونات من Q ومع ذلك ، بينما يحمل Q أزواجًا من الإلكترونات ، ويمكن للسيتوكروم ج أن يقبل واحدًا فقط في وقت).

المجمع الرابع

يتكون المركب الرابع من بروتينات السيتوكروم c و a و a3. يحتوي هذا المجمع على مجموعتين من الهيم (واحدة في كل من السيتوكروميين ، a ، و a3) وثلاثة أيونات نحاسية (زوج من النحاسأ ونحاس واحدب في السيتوكروم أ3). تحتفظ السيتوكرومات بجزيء الأكسجين بإحكام شديد بين أيونات الحديد والنحاس حتى يتم تقليل الأكسجين تمامًا. ثم يلتقط الأكسجين المختزل اثنين من أيونات الهيدروجين من الوسط المحيط لتكوين الماء (H2س). تساهم إزالة أيونات الهيدروجين من النظام في التدرج الأيوني المستخدم في عملية التناضح الكيميائي.

كيميائي

في التناضح الكيميائي ، تُستخدم الطاقة الحرة من سلسلة تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تم وصفها للتو لضخ أيونات الهيدروجين (البروتونات) عبر الغشاء. يحدد التوزيع غير المتكافئ لأيونات H + عبر الغشاء كلاً من التركيز والتدرجات الكهربائية (وبالتالي ، التدرج الكهروكيميائي) ، بسبب الشحنة الموجبة لأيونات الهيدروجين وتجميعها على جانب واحد من الغشاء.

إذا كان الغشاء مفتوحًا للانتشار بواسطة أيونات الهيدروجين ، فإن الأيونات تميل إلى الانتشار مرة أخرى عبر المصفوفة ، مدفوعة بالتدرج الكهروكيميائي. تذكر أن العديد من الأيونات لا يمكن أن تنتشر عبر المناطق غير القطبية لأغشية الفسفوليبيد دون مساعدة القنوات الأيونية. وبالمثل ، لا يمكن لأيونات الهيدروجين في مساحة المصفوفة أن تمر إلا عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي من خلال بروتين غشائي متكامل يسمى سينسيز ATP (الشكل 7.12). يعمل هذا البروتين المعقد كمولد صغير ، يتم تشغيله بواسطة قوة أيونات الهيدروجين المنتشرة من خلاله ، أسفل تدرجها الكهروكيميائي. يسهل تحويل أجزاء من هذه الآلة الجزيئية إضافة الفوسفات إلى ADP ، وتشكيل ATP ، باستخدام الطاقة الكامنة لتدرج أيون الهيدروجين.

اتصال مرئي

  1. يبدد DNP تدرج البروتونات في المصفوفة ، مما يمنع إنتاج ATP. ثم يزيد الجسم من معدل التمثيل الغذائي ، مما يؤدي إلى فقدان الوزن.
  2. يقلل DNP من التدرج البروتوني في الفضاء الداخلي للميتوكوندريا ، مما يؤدي إلى الاستهلاك السريع لـ acetyl-CoA ، مما يؤدي إلى فقدان الوزن.
  3. يمنع DNP حركة البروتونات عبر سينسيز ATP ، مما يوقف إنتاج ATP. تتبدد الطاقة المخزنة على شكل حرارة ، مما يؤدي إلى فقدان الوزن.
  4. يفصل DNP إنتاج ATP عن طريق زيادة تدرج البروتونات في المصفوفة. تتبدد الطاقة المخزنة على شكل حرارة ، مما يؤدي إلى فقدان الوزن.

يستخدم التشبع الكيميائي (الشكل 7.13) لتوليد 90 في المائة من ATP المصنوع أثناء هدم الجلوكوز الهوائي ، وهو أيضًا الطريقة المستخدمة في تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي لتسخير طاقة ضوء الشمس في عملية الفسفرة الضوئية. تذكر أن إنتاج ATP باستخدام عملية التناضح الكيميائي في الميتوكوندريا يسمى الفسفرة المؤكسدة. النتيجة الإجمالية لهذه التفاعلات هي إنتاج ATP من طاقة الإلكترونات المزالة من ذرات الهيدروجين. كانت هذه الذرات في الأصل جزءًا من جزيء الجلوكوز. في نهاية المسار ، تُستخدم الإلكترونات لتقليل جزيء الأكسجين إلى أيونات الأكسجين. تجذب الإلكترونات الإضافية الموجودة على الأكسجين أيونات الهيدروجين (البروتونات) من الوسط المحيط ، ويتكون الماء.

اتصال مرئي

  1. سينخفض ​​تركيز البروتون في الفضاء بين الغشاء ، مما يوقف إنتاج ATP.
  2. سيزداد تركيز البروتون في الفضاء بين الغشاء ، مما يؤدي إلى تكوين ATP.
  3. سينخفض ​​تركيز أيون الهيدروجين في الفضاء بين الغشاء ، مما يتسبب في ارتفاع إنتاج ATP.
  4. سيزداد تركيز البروتون في الفضاء بين الغشاء ، مما يتسبب في إنتاج ATP بكميات كبيرة.

عائد ATP

يختلف عدد جزيئات ATP الناتجة عن تقويض الجلوكوز. على سبيل المثال ، يختلف عدد أيونات الهيدروجين التي يمكن أن تضخها معقدات سلسلة نقل الإلكترون عبر الغشاء بين الأنواع. مصدر آخر للتباين ينبع من مكوك الإلكترونات عبر أغشية الميتوكوندريا. (لا يمكن لـ NADH الناتج عن تحلل السكر أن يدخل الميتوكوندريا بسهولة.) وبالتالي ، يتم التقاط الإلكترونات من داخل الميتوكوندريا إما عن طريق NAD + أو FAD +. كما تعلمت سابقًا ، يمكن لجزيئات FAD + نقل عدد أقل من الأيونات ، وبالتالي يتم إنشاء عدد أقل من جزيئات ATP عندما يعمل FAD + كناقل. يستخدم NAD + كناقل للإلكترون في الكبد ويعمل FAD + في الدماغ.

هناك عامل آخر يؤثر على إنتاج جزيئات ATP المتولدة من الجلوكوز وهو حقيقة أن المركبات الوسيطة في هذه المسارات تستخدم لأغراض أخرى. يرتبط تقويض الجلوكوز بالمسارات التي تبني أو تفكك جميع المركبات الكيميائية الحيوية الأخرى في الخلايا ، وتكون النتيجة أكثر فوضوية إلى حد ما من المواقف المثالية الموصوفة حتى الآن. على سبيل المثال ، يتم إدخال السكريات الأخرى غير الجلوكوز في مسار التحلل السكري لاستخراج الطاقة. علاوة على ذلك ، فإن السكريات المكونة من خمسة كربون والتي تشكل الأحماض النووية مصنوعة من مواد وسيطة في تحلل السكر. يمكن تصنيع بعض الأحماض الأمينية غير الأساسية من مواد وسيطة لكل من تحلل السكر ودورة حمض الستريك. الدهون ، مثل الكوليسترول والدهون الثلاثية ، مصنوعة أيضًا من المواد الوسيطة في هذه المسارات ، ويتم تفكيك كل من الأحماض الأمينية والدهون الثلاثية للحصول على الطاقة من خلال هذه المسارات. بشكل عام ، في الأنظمة الحية ، تستخلص مسارات هدم الجلوكوز حوالي 34 بالمائة من الطاقة الموجودة في الجلوكوز.

اتصال ممارسة العلوم لدورات AP®

نشاط

استخدم ورق البناء والمواد الفنية الأخرى لإنشاء مخططك الخاص لسلسلة نقل الإلكترون (ETC). تأكد من تضمين جميع أجزاء سلسلة نقل الإلكترون ، بالإضافة إلى الإلكترونات نفسها ، NAD + و NADH ، والأكسجين. في الرسم التخطيطي الخاص بك ، قم بتسمية جميع أجزاء ETC التي تنقل الطاقة الحرة من الإلكترونات إلى شكل آخر. بعد ذلك ، استخدم نموذجك لعمل تنبؤات حول كل مما يلي. بعد ذلك ، شارك إجاباتك مع الفصل.


ما هو دور الأكسجين في سلسلة نقل الإلكترون؟

هناك الكثير من الأجزاء والقطع المشاركة في سلسلة نقل الإلكترون ، ولكن فيما يتعلق بالأكسجين ، فإن الإجابة البسيطة هي أن الأكسجين هو المكان الذي تذهب إليه الإلكترونات ، وهو الشيء الذي يتم تقليله.

لن أقوم بالربط مع جميع الأغشية والتفاعلات الكيميائية ، بل سأشير فقط إلى شيء بسيط مثل الكربون في دهون نموذجية.
# -CH_2- # هذا ما يبدو عليه الكربون في الدهون (بشكل عام).
نظرًا لأن هذا الكربون يجلس الآن ، فإنه يحتوي على

عندما تزفر هذا الكربون على هيئة # CO_2 # (بعد التنفس الخلوي والفسفرة المؤكسدة ، إلخ) ، فإن C لها حالة أكسدة +4.

هذا يعني بالنسبة للكربون:
# C ^ -2 = C ^ "+ 4" + 6e ^ - #
هذه الإلكترونات الستة يجب أن تذهب إلى مكان ما. ويذهبون إلى الأكسجين!
أنت تتنفس في # O_2 # مع رقم أكسدة صفري. هذا الكربون أعلاه يتحول إلى # CO_2 # وأساسًا 1 ماء ، # H_2O #
لذلك يحتاج الكربون إلى التخلص من 6 إلكترونات. وفي # CO_2 # ، كل أكسجين له حالة أكسدة -2 (من صفر إلى -2) ، وأكسجين الماء له حالة أكسدة -2 (من صفر إلى -2). لذلك عندما يتأكسد هذا الكربون الموجود في الدهون وتتنفسه على هيئة # CO_2 #.
المكان الذي ذهبت إليه تلك الإلكترونات الستة هو # O_2 # الذي استنشقته (وتنفسه على أنه # CO_2 # وربما بعض الماء (بالمعنى البسيط)


التسمم الكيميائي والفسفرة التأكسدية

التناضح الكيميائي هو حركة الأيونات عبر غشاء قابل للنفاذ بشكل انتقائي ، أسفل تدرجها الكهروكيميائي.

أهداف التعلم

صف كيف الطاقة التي يتم الحصول عليها من سلسلة نقل الإلكترون تُحفز التناضح الكيميائي وناقش دور أيونات الهيدروجين في تخليق ATP

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • أثناء التناضح الكيميائي ، تُستخدم الطاقة الحرة من سلسلة التفاعلات التي تشكل سلسلة نقل الإلكترون لضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء ، وإنشاء تدرج كهروكيميائي.
  • لا يمكن لأيونات الهيدروجين في مساحة المصفوفة أن تمر إلا عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي من خلال بروتين غشائي يسمى سينسيز ATP.
  • بينما تتحرك البروتونات عبر سينسيز ATP ، يتحول ADP إلى ATP.
  • يُطلق على إنتاج الـ ATP باستخدام عملية التناضح الكيميائي في الميتوكوندريا الفسفرة المؤكسدة.

الشروط الاساسية

  • سينسيز ATP: إنزيم مهم يوفر الطاقة للخلية لاستخدامها من خلال تخليق ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP).
  • الفسفرة التأكسدية: مسار استقلابي يستخدم الطاقة الناتجة عن أكسدة العناصر الغذائية لإنتاج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP).
  • كيميائي: حركة الأيونات عبر غشاء قابل للنفاذ انتقائيًا ، أسفل تدرجها الكهروكيميائي.

أثناء التناضح الكيميائي ، تتبرع حاملات الإلكترون مثل NADH و FADH بالإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون. تسبب الإلكترونات تغيرات في التشكل في أشكال البروتينات لضخ H + عبر غشاء خلوي قابل للاختراق بشكل انتقائي. يحدد التوزيع غير المتكافئ لأيونات H + عبر الغشاء كلاً من التركيز والتدرجات الكهربائية (وبالتالي ، التدرج الكهروكيميائي) بسبب أيونات الهيدروجين & # 8217 الشحنة الموجبة وتجميعها على جانب واحد من الغشاء.

كيميائي: في الفسفرة المؤكسدة ، يتم استخدام تدرج أيون الهيدروجين الذي تشكله سلسلة نقل الإلكترون بواسطة سينسيز ATP لتشكيل ATP.

إذا كان الغشاء مفتوحًا للانتشار بواسطة أيونات الهيدروجين ، فإن الأيونات تميل إلى الانتشار تلقائيًا عبر المصفوفة ، مدفوعًا بتدرجها الكهروكيميائي. ومع ذلك ، لا يمكن للعديد من الأيونات أن تنتشر عبر المناطق غير القطبية لأغشية الفسفوليبيد دون مساعدة القنوات الأيونية. وبالمثل ، لا يمكن لأيونات الهيدروجين في فضاء المصفوفة أن تمر إلا عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي عبر بروتين غشائي يسمى سينسيز ATP. يعمل هذا البروتين كمولد صغير يتم تشغيله بواسطة قوة أيونات الهيدروجين التي تنتشر خلاله ، أسفل تدرجها الكهروكيميائي. يعمل تحول هذه الآلة الجزيئية على تسخير الطاقة الكامنة المخزنة في تدرج أيون الهيدروجين لإضافة فوسفات إلى ADP ، وتشكيل ATP.

سينثيز ATP: ATP synthase عبارة عن آلة جزيئية معقدة تستخدم تدرج بروتون (H +) لتكوين ATP من ADP والفوسفات غير العضوي (Pi).

يستخدم التشبع الكيميائي لتوليد 90 في المائة من ATP المصنوع أثناء هدم الجلوكوز الهوائي. يُطلق على إنتاج الـ ATP باستخدام عملية التناضح الكيميائي في الميتوكوندريا الفسفرة المؤكسدة. إنها أيضًا الطريقة المستخدمة في تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي لتسخير طاقة ضوء الشمس في عملية الفسفرة الضوئية. النتيجة الإجمالية لهذه التفاعلات هي إنتاج ATP من طاقة الإلكترونات المزالة من ذرات الهيدروجين. كانت هذه الذرات في الأصل جزءًا من جزيء الجلوكوز. في نهاية المسار ، تُستخدم الإلكترونات لتقليل جزيء الأكسجين إلى أيونات الأكسجين. تجذب الإلكترونات الإضافية الموجودة على الأكسجين أيونات الهيدروجين (البروتونات) من الوسط المحيط ويتكون الماء.


المجمع الرابع

يتكون المركب الرابع من بروتينات السيتوكروم c و a و a3. يحتوي هذا المجمع على مجموعتين من الهيم (واحدة في كل من السيتوكروم أ و أ3) وثلاثة أيونات نحاسية (زوج من النحاسأ ونحاس واحدب في السيتوكروم أ3). تحتفظ السيتوكرومات بجزيء الأكسجين بإحكام شديد بين أيونات الحديد والنحاس حتى يتم تقليل الأكسجين تمامًا. ثم يلتقط الأكسجين المختزل اثنين من أيونات الهيدروجين من الوسط المحيط لإنتاج الماء (H2س). تساهم إزالة أيونات الهيدروجين من النظام أيضًا في التدرج الأيوني المستخدم في عملية التناضح الكيميائي.


التنفس الهوائي مقابل التنفس اللاهوائي

في العالم الذي نعيش فيه ، تتنفس معظم الكائنات الحية التي نراها من حولنا الهواء ، وهو ما يقرب من 20٪ أكسجين. الأكسجين لدينا متقبل الإلكترون الطرفي. نسمي هذه العملية التنفس ، وتحديداً التنفس الهوائي. نتنفس الأكسجين ، وينتشر في خلايانا وإلى الميتوكوندريا لدينا حيث يتم استخدامه كمستقبل نهائي للإلكترونات من سلاسل نقل الإلكترونات لدينا. هذا هو التنفس الهوائي: عملية استخدام الأكسجين كمتقبل طرفي للإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون.

في حين أننا قد نستخدم الأكسجين كمستقبل نهائي للإلكترون لسلاسل الجهاز التنفسي لدينا ، فقد تطورت عملية التنفس الأكثر عمومية في الوقت الذي لم يكن فيه الأكسجين مكونًا رئيسيًا في الغلاف الجوي. التنفس أو الفسفرة التأكسدية لا يحتاج إلى أكسجين على الإطلاق ، فهو يتطلب ببساطة مركبًا ذا قدرة اختزال عالية ليعمل كمستقبل طرفي للإلكترون. يمكن للعديد من الكائنات الحية استخدام مجموعة متنوعة من المركبات بما في ذلك النترات (NO3 -) ، النتريت (NO2 -) ، حتى الحديد (Fe +++) كمستقبلات نهائية للإلكترون. عندما يكون الأكسجين ليس متقبل الإلكترون الطرفي ، يشار إلى العملية باسم التنفس اللاهوائي. توفر قدرة الكائنات الحية على تغيير مستقبلها النهائي للإلكترون مرونة أيضية ويمكن أن تضمن بقاء أفضل إذا كان أي متقبل طرفي معين محدود الإمداد. فكر في هذا: في حالة عدم وجود الأكسجين ، نموت ولكن الكائن الحي الذي يمكنه استخدام متقبل إلكتروني طرفي مختلف يمكنه البقاء على قيد الحياة.

سؤال: ما الفرق بين التنفس اللاهوائي والتخمير؟

إليكم مقطع فيديو ممتعًا يفشل فيه شاب لطيف تمامًا في فهم ماهية التنفس اللاهوائي ، ويعلمنا بدلاً من ذلك عن التخمر. احذر من الإنترنت! أود أن أقول & مثل تحصل على ما تدفعه مقابل & quot ولكن هذا في الواقع موقع عليك أن تدفع مقابله!

مثال عام على بسيط ، 2 معقدة ETC

يوضح الشكل أدناه سلسلة نقل إلكترون عامة ، تتكون من مجمعين غشائيين متكاملين ، المركب الأولثور والمجمع IIثور. مانح إلكترون مخفض ، معين DH (مثل NADH أو FADH2) يقلل من المركب الأولثور مما يؤدي إلى ظهور الشكل المؤكسد D (مثل NAD + أو FAD). في الوقت نفسه ، يتم الآن تقليل المجموعة الاصطناعية داخل المركب I (تقبل الإلكترونات). في هذا المثال ، يكون تفاعل الأكسدة والاختزال طاردًا للطاقة ويقترن فرق الطاقة الحرة بالأنزيمات الموجودة في المركب I إلى الانتقال الداخلي للبروتون من جانب واحد من الغشاء إلى الجانب الآخر. النتيجة النهائية هي أن سطح واحد من الغشاء يصبح أكثر سالبة الشحنة ، بسبب زيادة أيونات الهيدروكسيل (OH-) والجانب الآخر يصبح موجب الشحنة بسبب زيادة البروتونات على الجانب الآخر. مجمع أناأحمر يمكن الآن تقليل مجموعة الأطراف الاصطناعية في المركب IIأحمر بينما يتأكسد في نفس الوقت بواسطة المركب IIثور. تنتقل الإلكترونات من المركب I إلى المركب II عبر تفاعلات الأكسدة والاختزال العفوية بالديناميكا الحرارية ، وتجدد المركب Iثور والتي يمكن أن تكرر العملية السابقة. مجمع IIأحمر يقلل A ، متقبل الإلكترون الطرفي لتجديد المركب IIثور وإنشاء الشكل المصغر لمستقبل الإلكترون الطرفي. في هذه الحالة ، يمكن للمركب II أيضًا نقل البروتون أثناء العملية. إذا كان A عبارة عن أكسجين جزيئي ، فسيتم إنتاج الماء (AH). عندما يكون A هو الأكسجين ، فإن مخطط التفاعل يعتبر نموذجًا لـ ETC الهوائي. ومع ذلك ، إذا كانت A نترات ، لا3 - ثم النتريت ، لا2 - يتم إنتاجه (AH) وسيكون هذا مثالاً على ملف االهوائية وما إلى ذلك.

سلسلة نقل الإلكترون المعقدة العامة 2. في الشكل ، DH هو المتبرع الإلكتروني (المتبرع مخفض) و D هو المتبرع المؤكسد. A هو متقبل الإلكترون المؤكسد و AH هو المنتج النهائي ، الشكل المختزل للمقبول. عندما يتأكسد DH إلى D ، تنتقل البروتونات عبر الغشاء ، تاركة فائضًا من أيونات الهيدروكسيل (سالبة الشحنة) على جانب واحد من الغشاء والبروتونات (موجبة الشحنة) على الجانب الآخر من الغشاء. يحدث نفس التفاعل في المركب II حيث يتم تقليل متقبل الإلكترون الطرفي إلى AH.

بناءً على الشكل أعلاه وباستخدام برج إلكتروني ، ما هو الفرق في الجهد الكهربائي إذا كانت (A) DH تساوي NADH و A تساوي O2 و (ب) DH هي NADH و A هي NO3 -. أي أزواج (أ أو ب) توفر أكبر قدر من الطاقة القابلة للاستخدام؟

في مثال النترات مقابل النتريت أعلاه ، كلا الشكلين المؤكسد والمختزل لهما شحنة ناقص 1. كيف تعرف الشكل الأكثر أكسدة؟

الشكل أعلاه به مشكلة - فهو يصور إلكترونًا عائمًا داخل الغشاء. لن يحدث هذا - الغشاء ليس & quotwire & quot ، إنه & quotinsulator & quot. يمكنك رسم نسختك المصححة.

نظرة مفصلة على التنفس الهوائي

لقد طورت الميتوكوندريا حقيقية النواة نوعًا فعالًا للغاية من ETC. هناك أربعة مجمعات تتكون من بروتينات متعددة ومجموعاتها الاصطناعية. هذه المجمعات المسمى I من خلال IV الموضحة في الشكل أدناه. يشكل تجميع هذه المجمعات الأربعة ، جنبًا إلى جنب مع ناقلات الإلكترون المتنقلة المرتبطة بها ، سلسلة نقل الإلكترون. يوجد هذا النوع من سلسلة نقل الإلكترون في نسخ متعددة في غشاء الميتوكوندريا الداخلي لحقيقيات النوى.

سلسلة نقل الإلكترون عبارة عن سلسلة من ناقلات الإلكترون المدمجة في غشاء الميتوكوندريا الداخلي الذي ينقل الإلكترونات من NADH و FADH2 للأكسجين الجزيئي. في هذه العملية ، يتم ضخ البروتونات من مصفوفة الميتوكوندريا إلى الفضاء بين الغشاء ، ويتم تقليل الأكسجين لتكوين الماء.

مجمع أنا

للبدء ، يتم نقل إلكترونين إلى المجمع الأول على متن NADH. يتكون هذا المركب ، المسمى I ، من أحادي نيوكليوتيد الفلافين (FMN) وبروتين يحتوي على الحديد والكبريت (Fe-S). FMN ، المشتق من فيتامين ب2، المعروف أيضًا باسم الريبوفلافين ، هو واحد من عدة مجموعات صناعية أو عوامل مشتركة في سلسلة نقل الإلكترون. هؤلاء مجموعات الأطراف الصناعية (جزيء غير بروتيني مطلوب لنشاط البروتين) عبارة عن جزيئات عضوية أو غير عضوية غير ببتيدية مرتبطة بالبروتين ، تشتمل المجموعات الاصطناعية تساهميًا أو غير تساهمي على الإنزيمات المشتركة ، وهي مجموعات الإنزيمات الاصطناعية. The enzyme in complex I is NADH dehydrogenase (aka NADH Q reductase) and is a very large protein, containing 45 amino acid chains. Complex I can pump four hydrogen ions across the membrane from the matrix into the intermembrane space, and it is in this way that the hydrogen ion gradient is established and maintained between two aqueous compartments separated by the inner mitochondrial membrane.

Q and Complex II

Complex II directly receives FADH2, FADH2's electrons do not pass through complex I. The compound connecting the first and second complexes to the third is ubiquinone (Q). The Q molecule is lipid-soluble and freely moves through the hydrophobic core of the membrane. Once it is reduced, (QH2), ubiquinone delivers its electrons to the next complex in the electron transport chain. Q receives the electrons derived from NADH from complex I and the electrons derived from FADH2 from complex II, including succinate dehydrogenase. This enzyme and FADH2 form a small complex that delivers electrons directly to the electron transport chain, bypassing the first complex. Since these electrons bypass and thus do not energize the proton pump in the first complex, fewer ATP molecules are made from the FADH2 electrons. As we will see in the following section, the number of ATP molecules ultimately obtained is proportional to the number of protons pumped across the inner mitochondrial membrane.

المجمع الثالث

There's a lot of redox going on in this picture. Which is the upstream donor of electrons coming into Complex III? Which complex/molecule does Complex III reduce?

The third complex is composed of proteins that carry a number of prosthetic groups: a B-type cytochrome, a c-type cytochrome, and an Iron-sulfur cluster this complex is called cytochrome قبل الميلاد1 مركب. Cytochrome (= "cellular pigment") proteins have a prosthetic group that includes a metal bound by heme. The heme molecule is similar to the heme in hemoglobin, but it carries electrons, not oxygen. As a result, the iron ion at its core is reduced and oxidized as it passes the electrons, fluctuating between different oxidation states: Fe ++ (reduced) and Fe +++ (oxidized). The heme molecules in the cytochromes have slightly different characteristics due to the effects of the different proteins binding them, giving slightly different characteristics to each complex. Complex III pumps protons through the membrane and passes its electrons to cytochrome c for transport to the fourth complex of proteins and enzymes (cytochrome c is the acceptor of electrons from Q however, whereas Q carries pairs of electrons, cytochrome c can accept only one at a time).

Cytochrome C

ال cytochrome complex، أو cyt ج is a small hemeprotein found loosely associated with the inner membrane of the mitochondrion. It belongs to the cytochrome c family of proteins. Cytochrome c is an essential component of the electron transport chain, where it carries one electron. It is capable of undergoing oxidation and reduction as its iron atom converts between the ferrous and ferric forms, but does not bind oxygen. It transfers electrons between Complexes III (Coenzyme Q &ndash Cyt C reductase) and IV (Cyt C oxidase).

Complex IV, cytochrome C oxidase

This complex contains two heme groups (one in each of the two cytochromes, a, and a3) and three copper ions (a pair of CuA and one CuB in cytochrome a3). The cytochromes hold an oxygen molecule very tightly between the iron and copper ions until the oxygen is completely reduced (the donor, cytochrome C, can only deliver one electron at a time). The reduced oxygen then picks up two hydrogen ions from the surrounding medium to make water (H2س). The removal of the hydrogen ions from the system contributes to the ion gradient used in the process of oxidative phosphorylation (as well as providing the -∆G required to drive other endergonic processes).

Here is a very nice video that includes the electron transport chain- I think it's very helpful, check it out! It starts with ATP synthase, which we haven't discussed yet, but that's fine, it'll explain why the cell is building that proton gradient!

I have one problem with this animation:There's really no discussion of how proton pumping works- the discussion's extremely vague- one might even come away with the notion that a gas forms within the matrix-domain of NADH dehydrogenase (complex I). In fact, the proton pump of complex I is entirely embedded within the membrane and isn't illustrated here at all. Presumably this is because the mechanism of pumping is a subject of debate. For the purposes of this class, you simply need to know- as mentioned in the video- that the endergonic formation of a proton gradient is powered by the exergonic redox reactions. In NADH dehyrogenase, this includes the oxidation of NADH by a flavin within the enzyme, some internal transfers of electrons within the enzyme, and then the transfer of the electron to a membrane-soluble quinone (coenzyme Q), to form a quinol. Each of these 2-electron transfers is illustrated below, with the oxidized molecules shown first.

Could NADH dehyrodrogenase reduce NAD + as well as oxidize NADH? Under what circumstances might this happen?


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف لمعلمي Varsity.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


Many types of molecules can undergo phosphorylation and dephosphorylation. Three of the most important types of phosphorylation are glucose phosphorylation, protein phosphorylation, and oxidative phosphorylation.

Glucose Phosphorylation

Glucose and other sugars are often phosphorylated as the first step of their catabolism. For example, the first step of glycolysis of D-glucose is its conversion into D-glucose-6-phosphate. Glucose is a small molecule that readily permeates cells. Phosphorylation forms a larger molecule that can't easily enter tissue. So, phosphorylation is critical for regulating blood glucose concentration. Glucose concentration, in turn, is directly related to glycogen formation. Glucose phosphorylation is also linked to cardiac growth.

Protein Phosphorylation

Phoebus Levene at the Rockefeller Institute for Medical Research was the first to identify a phosphorylated protein (phosvitin) in 1906, but enzymatic phosphorylation of proteins wasn't described until the 1930s.

Protein phosphorylation occurs when the phosphoryl group is added to an amino acid. Usually, the amino acid is serine, although phosphorylation also occurs on threonine and tyrosine in eukaryotes and histidine in prokaryotes. This is an esterification reaction where a phosphate group reacts with the hydroxyl (-OH) group of a serine, threonine, or tyrosine side chain. The enzyme protein kinase covalently binds a phosphate group to the amino acid. The precise mechanism differs somewhat between prokaryotes and eukaryotes. The best-studied forms of phosphorylation are posttranslational modifications (PTM), which means the proteins are phosphorylated after translation from an RNA template. The reverse reaction, dephosphorylation, is catalyzed by protein phosphatases.

An important example of protein phosphorylation is the phosphorylation of histones. In eukaryotes, DNA is associated with histone proteins to form chromatin. Histone phosphorylation modifies the structure of chromatin and alters its protein-protein and DNA-protein interactions. Usually, phosphorylation occurs when DNA is damaged, opening up space around broken DNA so that repair mechanisms can do their work.

In addition to its importance in DNA repair, protein phosphorylation plays a key role in metabolism and signaling pathways.

الفسفرة التأكسدية

Oxidative phosphorylation is how a cell stores and releases chemical energy. In a eukaryotic cell, the reactions occur within the mitochondria. Oxidative phosphorylation consists of the reactions of the electron transport chain and those of chemiosmosis. In summary, redox reaction pass electrons from proteins and other molecules along the electron transport chain in the inner membrane of the mitochondria, releasing energy that is used to make adenosine triphosphate (ATP) in chemiosmosis.

In this process, NADH and FADH2 deliver electrons to the electron transport chain. Electrons move from higher energy to lower energy as they progress along the chain, releasing energy along the way. Part of this energy goes to pumping hydrogen ions (H + ) to form an electrochemical gradient. At the end of the chain, electrons are transferred to oxygen, which bond with H + to form water. H + ions supply the energy for ATP synthase to synthesize ATP. When ATP is dephosphorylated, cleaving the phosphate group releases energy in a form the cell can use.

Adenosine is not the only base that undergoes phosphorylation to form AMP, ADP, and ATP. For example, guanosine may also form GMP, GDP, and GTP.


شاهد الفيديو: إزاي بيعبوا الأكسجين في أنابيب (أغسطس 2022).