เนื้อหา
- ปฏิกิริยารีดอกซ์คืออะไร?
- ปฏิกิริยาลูกโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนอยู่ที่ยูคาริโอตหรือไม่
- Mitochondrion มีหน้าตาเป็นอย่างไร?
- ปฏิกิริยา ETC เกิดขึ้นที่ไหนใน Prokaryotes?
- เกิดอะไรขึ้นระหว่างห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน
- ฟังก์ชั่นของสี่คอมเพล็กซ์ของ ETC คืออะไร?
- ทำไมห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจึงมีความสำคัญ
- ออกซิเจนเข้าสู่ไมโตคอนเดรียได้อย่างไร?
- ภาพรวมทางเคมีของการหายใจของเซลล์และ ETC
- ยับยั้งกลไกการขนส่งของอิเล็กตรอน
เซลล์ที่มีชีวิตส่วนใหญ่ผลิตพลังงานจากสารอาหารผ่านการหายใจของเซลล์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการดูดเอาออกซิเจนเพื่อปลดปล่อยพลังงาน ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนหรือ ETC เป็นขั้นตอนที่สามและสุดท้ายของกระบวนการนี้อีกสองคนเป็น glycolysis และ วงจรกรดซิตริก.
พลังงานที่ผลิตจะถูกเก็บไว้ในรูปแบบของ เอทีพี หรือ adenosine triphosphate ซึ่งเป็นนิวคลีโอไทด์ที่พบในสิ่งมีชีวิต
โมเลกุลของ ATP เก็บพลังงานไว้ พันธะฟอสเฟต. ETC เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของการหายใจของเซลล์จากมุมมองพลังงานเพราะมันผลิต ATP มากที่สุด ในชุดของปฏิกิริยารีดอกซ์พลังงานจะถูกปลดปล่อยและใช้เพื่อเชื่อมต่อกลุ่มฟอสเฟตตัวที่สามกับ adenosine diphosphate เพื่อสร้าง ATP ด้วยสามกลุ่มฟอสเฟต
เมื่อเซลล์ต้องการพลังงานมันจะทำลายพันธะกลุ่มฟอสเฟตกลุ่มที่สามและใช้พลังงานที่ได้
ปฏิกิริยารีดอกซ์คืออะไร?
ปฏิกิริยาทางเคมีหลายอย่างของการหายใจของเซลล์คือปฏิกิริยารีดอกซ์ สิ่งเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาระหว่างสารเซลล์ที่เกี่ยวข้อง การลดลง และ ออกซิเดชัน (หรือรีดอกซ์) ในเวลาเดียวกัน เมื่ออิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนระหว่างโมเลกุลสารเคมีหนึ่งชุดจะถูกออกซิไดซ์ในขณะที่อีกชุดจะลดลง
ปฏิกิริยารีดอกซ์ประกอบด้วยชุดการขนส่งอิเล็กตรอน
สารเคมีที่ถูกออกซิไดซ์คือตัวรีดิวซ์ พวกเขารับอิเล็กตรอนและลดสารอื่น ๆ โดยการรับอิเล็กตรอน สารเคมีอื่น ๆ เหล่านี้เป็นสารออกซิไดซ์ พวกเขาบริจาคอิเล็กตรอนและออกซิไดซ์อีกฝ่ายในปฏิกิริยาเคมีรีดอกซ์
เมื่อมีปฏิกิริยาเคมีรีดอกซ์หลายชุดเกิดขึ้นอิเล็กตรอนสามารถถูกส่งผ่านไปหลายขั้นตอนจนกระทั่งพวกมันรวมกับสารลดสุดท้าย
ปฏิกิริยาลูกโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนอยู่ที่ยูคาริโอตหรือไม่
เซลล์ของสิ่งมีชีวิตขั้นสูงหรือยูคาริโอตมี นิวเคลียส และเรียกว่าเซลล์ยูคาริโอต เซลล์ระดับสูงเหล่านี้ก็มีขนาดเล็กเช่นกัน เมมเบรนที่ถูกผูกไว้ โครงสร้างที่เรียกว่าไมโตคอนเดรียที่ผลิตพลังงานสำหรับเซลล์ Mitochondria เป็นเหมือนโรงงานขนาดเล็กที่ผลิตพลังงานในรูปของ ATP โมเลกุล ปฏิกิริยาลูกโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเกิดขึ้นภายในไมโตคอนเดรีย
เซลล์อาจมีไมโตคอนเดรียมากขึ้นหรือน้อยลงทั้งนี้ขึ้นอยู่กับงานที่เซลล์ทำ เซลล์กล้ามเนื้อบางครั้งมีหลายพันเพราะพวกเขาต้องการพลังงานมาก เซลล์พืชมีไมโตคอนเดรียเช่นกัน พวกมันผลิตกลูโคสผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงและจากนั้นจะถูกนำมาใช้ในการหายใจของเซลล์และในที่สุดโซ่ขนส่งอิเลคตรอนในไมโตคอนเดรีย
ปฏิกิริยา ETC เกิดขึ้นทั้งบนและในเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย อีกกระบวนการหายใจของเซลล์ วงจรกรดซิตริกเกิดขึ้นภายในไมโตคอนเดรียและส่งมอบสารเคมีบางอย่างที่จำเป็นโดยปฏิกิริยา ETC ETC ใช้คุณสมบัติของ เยื่อหุ้มยลภายใน เพื่อสังเคราะห์โมเลกุล ATP
Mitochondrion มีหน้าตาเป็นอย่างไร?
ไมโทคอนเดรียมีขนาดเล็กและเล็กกว่าเซลล์มาก หากต้องการดูอย่างเหมาะสมและศึกษาโครงสร้างต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีกำลังขยายหลายพันเท่า ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแสดงว่าไมโทคอนเดรียนนั้นมีเยื่อหุ้มชั้นนอกที่เรียบยาวและ a พับอย่างมาก เยื่อหุ้มชั้นใน
เยื่อหุ้มด้านในนั้นมีรูปร่างคล้ายนิ้วมือและลึกเข้าไปในด้านในของไมโทคอนเดรียน ด้านในของเยื่อหุ้มชั้นในมีของเหลวที่เรียกว่าเมทริกซ์และระหว่างเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอกเป็นบริเวณที่เต็มไปด้วยของเหลวหนืดเรียกว่า อวกาศ intermembrane.
วัฏจักรกรดซิตริกเกิดขึ้นในเมทริกซ์และสร้างสารประกอบบางอย่างที่ ETC ใช้ ETC รับอิเล็กตรอนจากสารประกอบเหล่านี้และส่งคืนผลิตภัณฑ์กลับสู่วัฏจักรกรดซิตริก การพับของเยื่อหุ้มด้านในทำให้พื้นที่ผิวกว้างพร้อมห้องมากมายสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน
ปฏิกิริยา ETC เกิดขึ้นที่ไหนใน Prokaryotes?
สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวส่วนใหญ่เป็นโปรคาริโอตซึ่งหมายความว่าเซลล์ขาดนิวเคลียส เซลล์ prokaryotic เหล่านี้มีโครงสร้างที่เรียบง่ายโดยมีผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์รอบ ๆ เซลล์และควบคุมสิ่งที่เข้าและออกจากเซลล์ เซลล์โปรคาริโอตขาดไมโตคอนเดรียและอื่น ๆ เยื่อหุ้มเซลล์ที่ถูกผูกไว้. การผลิตพลังงานของเซลล์นั้นเกิดขึ้นทั่วทั้งเซลล์
เซลล์โปรคาริโอตเช่นสาหร่ายสีเขียวสามารถผลิตกลูโคสจากการสังเคราะห์ด้วยแสงในขณะที่สารอื่น ๆ ที่นำเข้าสู่ร่างกายที่มีกลูโคส กลูโคสจะถูกใช้เป็นอาหารสำหรับการผลิตพลังงานของเซลล์ผ่านการหายใจของเซลล์
เนื่องจากเซลล์เหล่านี้ไม่มีไมโทคอนเดรียปฏิกิริยาของ ETC เมื่อสิ้นสุดการหายใจของเซลล์จึงต้องเกิดขึ้นและข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ที่อยู่ภายในผนังเซลล์
เกิดอะไรขึ้นระหว่างห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน
ETC ใช้อิเล็กตรอนพลังงานสูงจากสารเคมีที่ผลิตโดยวงจรกรดซิตริกและพาพวกเขาผ่านสี่ขั้นตอนสู่ระดับพลังงานต่ำ พลังงานจากปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อ โปรตอนปั๊ม ข้ามเมมเบรน โปรตอนเหล่านี้จะกระจายกลับผ่านเมมเบรน
สำหรับเซลล์โปรคาริโอตโปรตีนจะถูกสูบผ่านเยื่อหุ้มเซลล์รอบ ๆ เซลล์ สำหรับเซลล์ยูคาริโอตที่มีไมโตคอนเดรียโปรตอนจะถูกสูบข้ามเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียภายในจากเมทริกซ์ไปสู่อวกาศ intermembrane
ผู้บริจาคอิเล็กตรอนเคมี ได้แก่ NADH และ FADH ในขณะที่ตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายคือออกซิเจน สารเคมี NAD และ FAD จะถูกส่งกลับไปยังวัฏจักรกรดซิตริกในขณะที่ออกซิเจนรวมกับไฮโดรเจนเพื่อสร้างน้ำ
โปรตอนที่สูบผ่านเยื่อหุ้มสร้าง การไล่ระดับโปรตอน. การไล่ระดับสีจะสร้างแรงจูงใจของโปรตอนที่ทำให้โปรตอนเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้ม การเคลื่อนไหวของโปรตอนจะกระตุ้น ATP synthase และสร้างโมเลกุล ATP จาก ADP กระบวนการทางเคมีโดยรวมเรียกว่า phosphorylation ออกซิเดชัน.
ฟังก์ชั่นของสี่คอมเพล็กซ์ของ ETC คืออะไร?
คอมเพล็กซ์เคมีสี่แห่งประกอบด้วยโซ่การขนส่งของอิเล็กตรอน พวกเขามีฟังก์ชั่นดังต่อไปนี้:
ในตอนท้ายของกระบวนการนี้การไล่ระดับสีของโปรตอนถูกผลิตขึ้นโดยโปรตอนที่สูบน้ำที่ซับซ้อนแต่ละแผ่นผ่านเยื่อหุ้ม ผลลัพท์ที่ได้ แรงโปรตอน ดึงโปรตอนผ่านเยื่อหุ้มผ่านโมเลกุล ATP synthase
ในขณะที่พวกเขาข้ามเข้าไปใน mitochondrial matrix หรือภายในเซลล์ prokaryotic การกระทำของโปรตอนทำให้โมเลกุล ATP synthase ATP เพิ่มกลุ่มฟอสเฟตใน ADP หรือ adenosine diphosphate molecule ADP กลายเป็น ATP หรือ adenosine triphosphate และพลังงานถูกเก็บไว้ในพันธะฟอสเฟตเสริม
ทำไมห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจึงมีความสำคัญ
แต่ละขั้นตอนการหายใจของเซลล์ทั้งสามนั้นรวมกระบวนการเซลล์ที่สำคัญ แต่ ETC นั้นผลิต ATP ได้ไกลที่สุด เนื่องจากการผลิตพลังงานเป็นหนึ่งในหน้าที่สำคัญของการหายใจของเซลล์ ATP จึงเป็นระยะที่สำคัญที่สุดจากมุมมองนั้น
ตำแหน่งที่ ETC ผลิตขึ้น 34 โมเลกุลของ ATP จากผลิตภัณฑ์ของกลูโคสหนึ่งโมเลกุลวัฏจักรกรดซิตริกผลิตสองและ glycolysis ผลิตโมเลกุล ATP สี่โมเลกุล แต่ใช้สองของพวกเขา
หน้าที่สำคัญอื่น ๆ ของ ETC คือการผลิต NAD และ แฟชั่น จาก NADH และ FADH ในสองสารเคมีที่ซับซ้อน ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาใน ETC complex I และ complex II เป็นโมเลกุล NAD และ FAD ที่จำเป็นในวงจรกรดซิตริก
เป็นผลให้วงจรกรดซิตริกขึ้นอยู่กับ ETC เนื่องจาก ETC สามารถเกิดขึ้นได้ในที่ที่มีออกซิเจนอยู่ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายวงจรการหายใจของเซลล์จึงสามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์เมื่อสิ่งมีชีวิตใช้ออกซิเจน
ออกซิเจนเข้าสู่ไมโตคอนเดรียได้อย่างไร?
สิ่งมีชีวิตขั้นสูงทั้งหมดต้องการออกซิเจนเพื่อความอยู่รอด สัตว์บางชนิดหายใจเอาออกซิเจนจากอากาศในขณะที่สัตว์น้ำอาจมี เหงือก หรือดูดซับออกซิเจนผ่าน สกิน.
ในสัตว์ที่สูงกว่าเซลล์เม็ดเลือดแดงจะดูดซับออกซิเจนใน ปอด และนำมันออกสู่ร่างกาย หลอดเลือดแดงและเส้นเลือดฝอยเล็ก ๆ จะกระจายออกซิเจนไปทั่วเนื้อเยื่อของร่างกาย
เมื่อไมโทคอนเดรียใช้ออกซิเจนในการสร้างน้ำออกซิเจนจะกระจายออกจากเซลล์เม็ดเลือดแดง โมเลกุลออกซิเจนเดินทางผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และเข้าไปในเซลล์ เมื่อโมเลกุลออกซิเจนที่มีอยู่ถูกใช้จนหมดโมเลกุลใหม่จะเข้ามาแทนที่
ตราบใดที่มีออกซิเจนเพียงพอไมโตคอนเดรียสามารถจัดหาพลังงานทั้งหมดที่เซลล์ต้องการ
ภาพรวมทางเคมีของการหายใจของเซลล์และ ETC
กลูโคสเป็น คาร์โบไฮเดรต เมื่อออกซิไดซ์จะผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในระหว่างกระบวนการนี้อิเล็กตรอนจะถูกป้อนเข้าสู่ห่วงโซ่การขนส่งของอิเล็กตรอน
การไหลของอิเล็กตรอนถูกใช้โดยโปรตีนเชิงซ้อนในไมโตคอนเดรียลหรือเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อขนส่งไฮโดรเจนไอออน H + ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ การปรากฏตัวของไฮโดรเจนไอออนนอกเยื่อหุ้มเซลล์มากกว่าภายในทำให้เกิดความไม่สมดุลของค่า pH ด้วยสารละลายที่เป็นกรดมากขึ้นนอกเยื่อหุ้มเซลล์
เพื่อความสมดุลของค่า pH ไฮโดรเจนไอออนจะไหลกลับผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านทางโปรตีน ATP synthase ที่ซับซ้อนทำให้เกิดการสร้างโมเลกุล ATP พลังงานเคมีที่เก็บเกี่ยวจากอิเล็กตรอนจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ในการไล่ระดับไฮโดรเจนไอออน
เมื่อพลังงานไฟฟ้าเคมีถูกปล่อยออกมาผ่านการไหลของไฮโดรเจนไอออนหรือโปรตอนผ่าน ATT synthase complex มันจะเปลี่ยนเป็น พลังงานชีวเคมี ในรูปแบบของ ATP
ยับยั้งกลไกการขนส่งของอิเล็กตรอน
ปฏิกิริยา ETC เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงในการผลิตและเก็บพลังงานสำหรับเซลล์เพื่อใช้ในการเคลื่อนไหวการทำซ้ำและการอยู่รอด เมื่อหนึ่งในชุดของปฏิกิริยาถูกปิดกั้น ETC จะไม่ทำงานอีกต่อไปและเซลล์ที่พึ่งพามันจะตาย
โปรคาริโอตบางตัวมีวิธีอื่นในการผลิตพลังงานโดยการใช้สารอื่นนอกเหนือจากออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย แต่เซลล์ยูคาริโอตขึ้นอยู่กับการออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นและโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนสำหรับความต้องการพลังงาน
สารที่สามารถยับยั้งการกระทำของ ETC ได้ ป้องกันปฏิกิริยารีดอกซ์ยับยั้งการถ่ายโอนโปรตอนหรือปรับเปลี่ยนเอนไซม์สำคัญ หากขั้นตอนรีดอกซ์ถูกปิดกั้นการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจะหยุดลงและการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นจะเกิดขึ้นในระดับสูงที่ส่วนปลายของออกซิเจน
เมื่อโปรตอนไม่สามารถถ่ายโอนข้ามเยื่อหุ้มหรือเอนไซม์เช่น ATP synthase จะสลายตัวการผลิต ATP จะหยุดลง
ในทั้งสองกรณีฟังก์ชันของเซลล์จะพังลงและเซลล์จะตาย
สารจากพืชเช่น rotenoneสารประกอบเช่น ไซยาไนด์ และยาปฏิชีวนะเช่น antimycin สามารถใช้ในการยับยั้งปฏิกิริยา ETC และทำให้เซลล์ตายได้
ตัวอย่างเช่น Rotenone ใช้เป็นยาฆ่าแมลงและใช้ยาปฏิชีวนะเพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เมื่อมีความจำเป็นต้องควบคุมการเพิ่มจำนวนและการเติบโตของสิ่งมีชีวิต ETC สามารถถูกมองว่าเป็นจุดโจมตีที่มีค่า การขัดขวางการทำงานของมันทำให้สูญเสียพลังงานในเซลล์