Elektron Transzfer Rendszer - Biológia
Eddig csak azokat a reakciókat vettük figyelembe, amelyekben az elektronok leválnak a szubsztrátmolekulákról és átvitték az elsődleges akceptorok, a piridin nukleotid vagy a flavin. Azonban a biológiailag hozzáférhető formában az energia felhalmozódásához vezető fő reakciók az elektronok elektronikus kaszkádon keresztül történő átvitelével járó reakciók - egy folyamat, amely energiát szolgáltat az oxidatív foszforiláció reakcióihoz. Az NAD · H elektrontranszfer rendszerbe belépő elektronok viszonylag nagy energiájúak. Az enzimek lánca mentén átveszik az energia jelentős részét, és az általuk adott energiát részlegesen megőrzik ATP formában.
Az elektronszállító rendszerben részt vevő enzimek a mitokondriális membránokban lokalizálódnak; mivel közvetlen kapcsolatban állnak egymással, nagyon valószínű, hogy az elektronok a szilárd fázisban mozognak, és nem a folyékony fázisban, vagyis az oldat enzimjei között.
A Krebs ciklus enzimjeiből csak egy enzim, szukcinát dehidrogenáz található a mitokondriális membránokban. Enzimek ugyanazon konvertáló piroszőlősav be acetil-koenzim A, és α-ketoglutársav - a suktsinilkoferment A, látszólag belsejében található mitokondriumok granulátumok megkülönböztethető elektronmikroszkóp alatt.
Az elektronátvivő rendszer komponenseit a redoxpotenciálok növelésének sorrendjében sorolják fel, amelyek a piridin nukleotidok -0,32 V-os sorát alkotják, + 0,81 V-ig az oxigénig. Az azonban nem ismert, hogy minden egyes elektron, amely a piridin nukleotidról az oxigén felé halad, át kell haladnia az összes közbenső akceptoron, vagy átugorhat néhányat. Valószínű, hogy az elektronnak legalább három akceptoron keresztül kell haladnia, mivel minden olyan elektronpár, amely a piridin nukleotidtól az oxigénig terjedt, három makrofób foszfátkötést képez.
Az is ismert, hogy az elektron transzport enzimek találhatók a membránok a mitokondriumok egy bizonyos sorrendben szekvenciájának megfelelő az elektron transzfer egy enzim egy másik (azaz. E. A érdekében megfelelő megváltoztatják redox potenciál), vagy enzimek egyszerűen elég közel minden barát és elektronok átjuthatnak az egyik enzimről egy másikra, megfelelő oxidációs redukciós potenciállal rendelkeznek.
Az oxidatív foszforiláció intenzitását úgy mérjük, hogy a szervetlen foszfátot NADH vagy más anyag oxidációja révén ATP-vé alakítjuk. A sejtek homogenizálásával és az alcelluláris struktúrák centrifugálással történő elosztásával a mitokondriumok izolálhatók. Ha ez óvatosan történik, akkor a sejtből izolált mitokondriumok képesek oxidatív foszforilációra. Ráadásul lehetséges a mitokondriumok ultrahanggal történő elpusztítása és olyan submitohondriális részecskék előállítása, amelyek megtartják az oxidatív foszforiláció képességét.
Ilyen tisztított rendszerekben a NADH oxidációja és az oxigénfelvétel csak az ADP jelenlétében fordul elő, amely foszfátcsoportok akceptorjaként szolgál, amelyek makrorezgikus kötéseket alkotnak az elektronátvitel által felszabadított energiának köszönhetően. Az elektronok átadása szorosan kapcsolódik a foszforilezési reakcióhoz, és csak akkor lehetséges, ha ez a reakció bekövetkezik. Ez bizonyos értelemben lehetővé teszi az üres munka elkerülését: ha makrofém foszfátkötések kialakulása lehetetlenné válik, akkor az elektronok átadása nem történik.
Ismert, hogy az oxidáció szorosan kapcsolódik az intakt sejtben levő foszforilációhoz. Azonban, bizonyos anyagok, különösen a hormon tiroxin lehet „szigetelni” a két folyamat (foszforiláció és oxidáció), majd az elektron fluxus energia halmozódik formájában nagy energiájú foszfát kötések, és a hő formájában felszabadult. A mechanizmus mechanizmusának részleteit intenzív tanulmányozással, de még nem teljesen tisztázott mechanizmust részletesen tanulmányozzák az elektron transzfer rendszerben makrofén foszfátra.
elektron ionizációs út a piridin az oxigén megfelelő eltérés potenciális 1,13 V (0,32-0,81 hüvelyk), 100% hatékonyságot a folyamat adna 52.000 cal az egyes pár elektronok. Ez lehet kiszámítani a következő képlet AG = - nFδE, ahol AG - a változás a szabad energia, N - az elektronok száma (2), F - Faraday száma (23040 cal) és? E - a különbség a redox potenciál a reaktánsok (1,13 in ). Kísérleti körülmények között azonban a legtöbb sejt a piridin nukleotidról oxigénre átvitt elektronpártól legfeljebb három makrofén foszfátkötést képez. Minden makrofén foszfátkötés egyenértékű a körülbelül 7000 cal; Így három makrofén foszfátkötés egyenértékű 21 000 kal-val. Ennek alapján meghatározható az elektronátviteli rendszer hatékonysága; hatékonysága kb. 40%.
A foszforiláció és az oxidáció folyamatainak szoros konjugációja az elektronszállítási rendszerben az energia előállítási arányát szabályozó mechanizmus alapját képezi, a felhasználás sebességétől függően. A pihentető izomsejtekben az oxidatív foszforiláció mindaddig folytatódik, amíg az összes ADP-t ATP-vé nem alakítják át, majd a macroergikus foszfátkötések akceptorainak készletének kimerülésével megszűnik. Az oxidáció (azaz az elektronok átadása és az oxigén használata) szorosan kapcsolódik a foszforilációhoz, ezért ez is megszűnik.
Izom összehúzódásával a szükséges energiát a makrobiális végi foszfátcsoport ATP-ből történő hasítás biztosítja:
ATP -> ADP + Fn + energia.
Mivel az ADP kialakulhat makrogazdasági kötések akceptorjaként, foszforilációs reakció kezdődik, és oxigén felé áramló elektron keletkezik. Mindkét folyamat addig folytatódik, amíg az összes ADP átalakul ATP-ként. Az elektromos energiaforrásként szolgáló rendszerek hasonló szabályozási mechanizmusokkal rendelkeznek, amelyek megfelelnek a villamosenergia-termelés sebességének és a fogyasztás sebességének.
Az emberi testben az anyagcsere folyamataihoz kapcsolódó általános energiaváltozások érdekes számításait E. Ball végezte. Az oxigén átalakulásának folyamata a vízben, a hidrogénatomokkal és az elektronokkal együtt. Teljes mennyiségük az emberi szervezetben megközelítőleg meghatározható és amperben kifejezhető. Haladva a felnőtt emberi test oxigénfogyasztás a nyugalmi állapotban (264 cm 3 / perc), és az a tény, hogy minden egyes oxigénatom képezve egy vízmolekula van szükség két hidrogénatom, és két elektron Ball becslések szerint minden percben minden sejt a szervezetben molekulákat, amelyek a tápanyagok felszívódását át a dehidrogenáz és a citokróm oxigén válik 2,86 × 10 22 CONTROL, azaz, a teljes áramerősségét 76 A. Ez az érték egészen lenyűgöző ..; Végtére is, egy átlagos 100 W-os izzólámpán keresztül az áram csak körülbelül 1 A-val áramlik.
Az elektronok a szubsztráttól az oxigénig történő átmenete megfelel az 1.13 V (-0.32 - + 0.81 V) potenciálkülönbségnek; Az erősítők által megszorzott feszültségek wattok, így 1,13 · 76 = 85,9 W.
A teljes energiafogyasztás meghatározható az egy perc alatt felhasznált kalóriák számától (kb. Megfelelő konverziós tényezők alkalmazásával kimutatható, hogy ez az érték körülbelül 88 W-nak felel meg, ami kielégítően egyetért a korábban számított értékkel.
Így az emberi test által elfogyasztott energia megközelítőleg egyenlő a száz wattos villanykörte által fogyasztott energiával; Ebben az esetben sokkal nagyobb áramokat használnak a testben sokkal alacsonyabb feszültségeknél.
A glükóz, hogy a szén-dioxid és a víz a kaloriméter nyújt mintegy 4 cal per 1 g energia leíró egymást követő szakaszai glükóz anyagcsere sejtekben, azt megjegyezte, hogy a felszabaduló energia tárolódik a nagy energiájú foszfát kötések, azaz. E. olyan formában, amelyben az képes Különböző típusú munkákhoz könnyen használható. Most már feldarabolhatjuk a teljes reakciót
több szakaszban és megvizsgálja, hogy a hasznos energiafelosztás hol van.
A glükóz hasítás egyes fázisai
Ф -> 2ПК + 2НАД · Н + 4
2. 2PK -> 2CO2 + 2Acetil-CoA + 2NAD • H