معلومة

كيف تأتي الإلكترونات عالية الطاقة أثناء التشبع الكيميائي من الماء؟

كيف تأتي الإلكترونات عالية الطاقة أثناء التشبع الكيميائي من الماء؟


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.

على الصفحة 199 كامبل ، جاء هذا.

كلاهما * يعمل عن طريق التناضح الكيميائي ، ولكن في البلاستيدات الخضراء ، تأتي الإلكترونات عالية الطاقة التي تسقط من سلسلة النقل من الماء ، بينما في الميتوكوندريا ، يتم استخلاصها من الجزيئات العضوية (التي تتأكسد بالتالي).

* يشير كلاهما إلى التشنج الكيميائي في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء (أثناء عملية التمثيل الضوئي).

سؤالي هو ، كيف تأتي الإلكترونات عالية الطاقة في سلسلة النقل للتضخم الكيميائي من الماء؟ أليست هذه الإلكترونات عالية الطاقة مشتقة من حصاد الضوء بواسطة مجمعات حصاد الضوء؟


تستخدم مجمعات حصاد الضوء الطاقة الضوئية "لرفع" الإلكترونات إلى حالة طاقة أعلى يمكن استخدامها لتقليل الجزيئات العضوية (عن طريق سلسلة نقل الإلكترون و NADPH) ، مما يترك "ثقبًا" أو كاتيونًا خلفه في LHC وبالتالي يؤكسدها. إذا لم يتم إعادة اختزال هذه المجمعات بواسطة شيء ما ، فإنها ستصبح غير وظيفية بعد امتصاص فوتون واحد. لذلك ، يتم إعادة اختزالها عن طريق إزالة الإلكترونات من الماء لتوليد الأكسجين الجزيئي ، وهو ما يحدث في النظام الضوئي الثاني. لذا فإن النظامين الضوئي الأول والثاني يعملان كسلسلة من "المضخات" التي تنقل الإلكترون "صعودًا" (غير ملائم) من الماء إلى NADPH تلقائيًا ، لكنها لا تعمل كمصدر صافٍ للإلكترونات - الماء يفعل.


كيف تأتي الإلكترونات عالية الطاقة أثناء التشبع الكيميائي من الماء؟ - مادة الاحياء

تستخدم سلسلة نقل الإلكترونات الإلكترونات من ناقلات الإلكترون لإنشاء تدرج كيميائي يمكن استخدامه لتشغيل الفسفرة المؤكسدة.

أهداف التعلم

صف كيف تتحرك الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • الفسفرة المؤكسدة هي المسار الأيضي الذي تنتقل فيه الإلكترونات من متبرع الإلكترون إلى متقبلات الإلكترون في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، وتطلق هذه السلسلة من التفاعلات الطاقة التي تُستخدم لتشكيل ATP.
  • هناك أربعة مجمعات بروتينية (معقد I-IV) في سلسلة نقل الإلكترون ، والتي تشارك في نقل الإلكترونات من NADH و FADH2 للأكسجين الجزيئي.
  • ينشئ المركب I تدرج أيون الهيدروجين عن طريق ضخ أربعة أيونات الهيدروجين عبر الغشاء من المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء.
  • يستقبل المركب II FADH2، والذي يتجاوز المركب I ، ويسلم الإلكترونات مباشرة إلى سلسلة نقل الإلكترون.
  • يقبل Ubiquinone (Q) الإلكترونات من كل من المركب I و II و يسلمها إلى المركب III.
  • يقوم المركب III بضخ البروتونات عبر الغشاء ويمرر إلكتروناتها إلى السيتوكروم ج لنقلها إلى المجمع الرابع من البروتينات والإنزيمات.
  • يقلل المركب الرابع الأكسجين والأكسجين المختزل ثم يلتقط أيوني هيدروجين من الوسط المحيط لتكوين الماء.

الشروط الاساسية

  • مجموعه اطراف صناعيه: المكون غير البروتيني لبروتين مترافق.
  • مركب: هيكل يتكون من ذرة مركزية أو جزيء أو بروتين مرتبط بشكل ضعيف بالذرات أو الجزيئات أو البروتينات المحيطة.
  • يوبيكوينون: مادة قابلة للذوبان في الدهون وهي أحد مكونات سلسلة نقل الإلكترون وتقبل الإلكترونات من المجمعين الأول والثاني.

الفسفرة المؤكسدة هي طريقة عالية الكفاءة لإنتاج كميات كبيرة من ATP ، وهي الوحدة الأساسية للطاقة لعمليات التمثيل الغذائي. خلال هذه العملية يتم تبادل الإلكترونات بين الجزيئات ، مما يخلق تدرجًا كيميائيًا يسمح بإنتاج ATP. الجزء الأكثر حيوية في هذه العملية هو سلسلة نقل الإلكترون ، والتي تنتج ATP أكثر من أي جزء آخر من التنفس الخلوي.

سلسلة نقل الإلكترون

سلسلة نقل الإلكترون هي المكون الأخير للتنفس الهوائي وهي الجزء الوحيد من أيض الجلوكوز الذي يستخدم الأكسجين الجوي. نقل الإلكترون عبارة عن سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تشبه سباق التتابع. يتم تمرير الإلكترونات بسرعة من مكون إلى آخر لنقطة نهاية السلسلة ، حيث تقلل الإلكترونات الأكسجين الجزيئي ، وتنتج الماء. يمكن رؤية هذا الاحتياج من الأكسجين في المراحل النهائية من السلسلة في المعادلة الشاملة للتنفس الخلوي ، والتي تتطلب كلاً من الجلوكوز والأكسجين.

المركب هو بنية تتكون من ذرة مركزية أو جزيء أو بروتين مرتبط بشكل ضعيف بالذرات أو الجزيئات أو البروتينات المحيطة. سلسلة نقل الإلكترون عبارة عن تجميع لأربعة من هذه المجمعات (من I إلى IV) ، جنبًا إلى جنب مع ناقلات الإلكترون المتنقلة المرتبطة بها. توجد سلسلة نقل الإلكترون في نسخ متعددة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا لحقيقيات النوى والغشاء البلازمي لبدائيات النوى.

سلسلة نقل الإلكترون: 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 المركب I من أحادي نيوكليوتيد الفلافين (FMN) وإنزيم يحتوي على الحديد والكبريت (Fe-S). FMN ، المشتق من فيتامين ب2 (وتسمى أيضًا الريبوفلافين) ، هي واحدة من عدة مجموعات صناعية أو عوامل مشتركة في سلسلة نقل الإلكترون. المجموعة الاصطناعية هي جزيء غير بروتيني ضروري لنشاط البروتين. يمكن أن تكون المجموعات التعويضية عضوية أو غير عضوية وهي عبارة عن جزيئات غير ببتيدية مرتبطة ببروتين يسهل وظيفته.

تشمل المجموعات التعويضية الإنزيمات المساعدة ، وهي مجموعات الإنزيمات الاصطناعية. الإنزيم في المركب I هو NADH dehydrogenase ، وهو بروتين كبير جدًا يحتوي على 45 سلسلة من الأحماض الأمينية. 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 عن طريق غشاء الميتوكوندريا الداخلي.

س والمجمع الثاني

يستقبل المركب II مباشرة FADH2، والذي لا يمر عبر المركب I. المركب الذي يربط المجمعين الأول والثاني بالثالث هو ubiquinone (Q). جزيء Q قابل للذوبان في الدهون ويتحرك بحرية عبر قلب الغشاء الكارهة للماء. بمجرد تخفيضه إلى 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 المركب II ، بما في ذلك نازعة هيدروجين السكسينات. 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 هيم اصطناعية. يشبه جزيء الهيم الهيم الموجود في الهيموجلوبين ، لكنه يحمل الإلكترونات وليس الأكسجين. نتيجة لذلك ، يتم تقليل وتأكسد أيون الحديد في قلبه أثناء مروره بالإلكترونات ، ويتأرجح بين حالات الأكسدة المختلفة: Fe 2+ (مخفض) و Fe 3+ (مؤكسد). تتميز جزيئات الهيم في السيتوكرومات بخصائص مختلفة قليلاً بسبب تأثيرات البروتينات المختلفة التي تربطها ، مما يجعل كل مركب. يقوم المركب III بضخ البروتونات عبر الغشاء ويمرر إلكتروناتها إلى السيتوكروم ج لنقلها إلى المجمع الرابع من البروتينات والإنزيمات. ومع ذلك ، فإن السيتوكروم ج هو متقبل الإلكترونات من Q ، بينما يحمل Q أزواجًا من الإلكترونات ، ويمكن للسيتوكروم ج أن يقبل واحدًا فقط في كل مرة.

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.


7.4 ب: التناضح الكيميائي والفسفرة التأكسدية

  • بمساهمة من Boundless
  • علم الأحياء الدقيقة العام في Boundless
  • صف كيف الطاقة التي يتم الحصول عليها من سلسلة نقل الإلكترون تُحفز التناضح الكيميائي وناقش دور أيونات الهيدروجين في تخليق ATP

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 والشحنة الموجبة وتجميعها على جانب واحد من الغشاء.

الشكل ( PageIndex <1> ): 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.

الشكل ( PageIndex <1> ): 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.


أمثلة على الانقسام الكيميائي

على الرغم من أن التشبع الكيميائي غالبًا ما يُعرَّف بأنه حركة الأيونات عبر الغشاء ، إلا أنه يستخدم فقط في سياق الحديث عن حركة أيونات H + أثناء إنتاج ATP. الطريقة الأكثر شيوعًا التي تنطوي على التناضح الكيميائي في إنتاج ATP هي التنفس الخلوي في الميتوكوندريا ، وقد تمت مناقشة العملية أعلاه. تحتوي جميع الكائنات حقيقية النواة على ميتوكوندريا ، لذا فإن التشبع الكيميائي متورط في إنتاج ATP من خلال التنفس الخلوي في الغالبية العظمى من الأنواع المختلفة من الكائنات الحية ، من الحيوانات إلى النباتات إلى الفطريات إلى الطلائعيات. ومع ذلك ، على الرغم من أن العتائق والبكتيريا لا تحتوي على ميتوكوندريا ، فإنها تستخدم أيضًا التناضح الكيميائي لإنتاج ATP من خلال الفسفرة الضوئية. تتضمن هذه العملية أيضًا سلسلة نقل الإلكترون ، وتدرج البروتون ، والتناضح الكيميائي لـ H + ، ولكنها تحدث عبر الغشاء الداخلي للبكتيريا أو الأركون ، نظرًا لعدم وجود ميتوكوندريا.

تنتج النباتات ATP أثناء عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء بالإضافة إلى ATP التي تولدها من خلال التنفس الخلوي في الميتوكوندريا. تتشابه العملية مرة أخرى: أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تثير الطاقة الضوئية الإلكترونات التي تتدفق عبر سلسلة نقل الإلكترون ، والتي بدورها تسمح لأيونات H + بالانتقال عبر غشاء في البلاستيدات الخضراء. بعض البكتيريا ، مثل البكتيريا الزرقاء ، تستخدم أيضًا عملية التمثيل الضوئي.


سلسلة نقل الإلكترون

NADH و FADH2 ينقل إلكتروناتهم إلى سلسلة نقل الإلكترون. تتكون سلسلة النقل هذه من عدد من الجزيئات (معظمها بروتينات) الموجودة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. يحتوي كل بروتين غشائي على كهرسلبية معينة (تقارب للإلكترونات). كلما زاد الجزيء كهربيًا ، زادت الطاقة المطلوبة لإبقاء الإلكترون بعيدًا عنه. بهذه الطريقة ، سوف يسحب بروتين غشائي كهربائي قليل الإلكترونات بعيدًا عن ناقلات الإلكترون المختزلة. في وجود جزيء كهرسلبي أكثر ، ستتأكسد هذه الإلكترونات من بروتين الغشاء الأول ، وهكذا. أخيرًا ، تقلل الإلكترونات من الأكسجين ، ومع إضافة أيونات الهيدروجين ، يتم إنتاج الماء كمنتج نفايات. هذه الحركة التدريجية ، حيث يتم نقل إلكترون من بروتين إلى آخر في السلسلة ، تعكس أيضًا الانخفاض العام في كمية الطاقة التي يمتلكها الإلكترون. الأهم من ذلك ، أن كل خطوة لها دلتا G. لذلك مع كل تفاعل أكسدة / اختزال ، يتم توفير الطاقة للقيام بالعمل. يتضمن هذا العمل حركة البروتونات.

الأكسجين هو أحد الذرات الأكثر كهرسلبية. هذا مهم لأن التغيير النسبي في الكهربية يحدد مقدار الطاقة المتاحة للقيام بالعمل. عندما يعمل الأكسجين مثل متقبل الإلكترون الطرفي، هناك كمية قصوى من الطاقة الحرة التي يتم إطلاقها ، وبالتالي يمكن نقل المزيد من البروتونات ، مما يعني حدوث تراكم أكبر للشحنة عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي. يوضح هذا الشكل العلاقة النشطة بين مختلف أعضاء سلسلة نقل الإلكترون عندما يعمل الأكسجين كمستقبل للإلكترون.


الشكل 3. سلسلة نقل الإلكترون وتغيير الطاقة الحرة. (اضغط للتكبير)


ملخص

  1. يتضمن التنفس الهوائي أربع مراحل: تحلل السكر ، وهو تفاعل انتقالي يشكل أنزيم أسيتيل أ ، ودورة حمض الستريك (كريبس) ، وسلسلة نقل الإلكترون والتناضح الكيميائي.
  2. أثناء الخطوات المختلفة في تحلل السكر ودورة حمض الستريك ، تؤدي أكسدة بعض جزيئات السلائف الوسيطة إلى تقليل NAD + إلى NADH + H + و FAD إلى FADH2. NADH و FADH2 ثم تنقل البروتونات والإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون لإنتاج ATPs إضافية عن طريق الفسفرة المؤكسدة.
  3. تتكون سلسلة نقل الإلكترون من سلسلة من ناقلات الإلكترون التي تنقل الإلكترونات في النهاية من NADH و FADH2 للأكسجين.
  4. تنص نظرية التناضح الكيميائي على أن نقل الإلكترونات إلى أسفل نظام نقل الإلكترون من خلال سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال يطلق طاقة. تسمح هذه الطاقة لحوامل معينة في السلسلة بنقل أيونات الهيدروجين (H + أو البروتونات) عبر الغشاء.
  5. عندما تتراكم أيونات الهيدروجين على جانب واحد من الغشاء ، فإن تركيز أيونات الهيدروجين يخلق تدرجًا كهروكيميائيًا أو فرق جهد (جهد) عبر الغشاء يسمى القوة المحركة للبروتون.
  6. توفر هذه القوة الدافعة للبروتون الطاقة اللازمة للإنزيمات المسماة ATP synthases ، الموجودة أيضًا في الأغشية المذكورة أعلاه ، لتحفيز تخليق ATP من ADP والفوسفات.
  7. أثناء التنفس الهوائي ، ينقل حامل الإلكترون الأخير في الغشاء إلكترونين إلى نصف جزيء أكسجين (ذرة أكسجين) يتحد في نفس الوقت مع بروتونات من الوسط المحيط لإنتاج الماء كمنتج نهائي.

علم الأحياء 171

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • ناقش أهمية الإلكترونات في نقل الطاقة في الأنظمة الحية
  • اشرح كيف تستخدم الخلايا ATP كمصدر للطاقة

يتضمن إنتاج الطاقة داخل الخلية العديد من المسارات الكيميائية المنسقة. معظم هذه المسارات عبارة عن مجموعات من تفاعلات الأكسدة والاختزال ، والتي تحدث في نفس الوقت. يزيل تفاعل الأكسدة إلكترونًا من ذرة في مركب ، وإضافة هذا الإلكترون إلى مركب آخر هو تفاعل اختزال. نظرًا لأن الأكسدة والاختزال يحدثان معًا عادةً ، فإن هذه الأزواج من التفاعلات تسمى تفاعلات تقليل الأكسدة ، أو تفاعلات الأكسدة والاختزال.

الإلكترونات والطاقة

ينتج عن إزالة الإلكترون من الجزيء (مؤكسدته) انخفاض في الطاقة الكامنة في المركب المؤكسد. لا يبقى الإلكترون (أحيانًا كجزء من ذرة الهيدروجين) غير مرتبط ، ومع ذلك ، في سيتوبلازم الخلية. بدلا من ذلك ، يتم إزاحة الإلكترون إلى مركب ثان ، مما يقلل من المركب الثاني. يؤدي انتقال الإلكترون من مركب إلى آخر إلى إزالة بعض الطاقة الكامنة من المركب الأول (المركب المؤكسد) وزيادة الطاقة الكامنة للمركب الثاني (المركب المختزل). يعد نقل الإلكترونات بين الجزيئات أمرًا مهمًا لأن معظم الطاقة المخزنة في الذرات والمستخدمة لتغذية وظائف الخلايا تكون في شكل إلكترونات عالية الطاقة. يسمح نقل الطاقة في شكل إلكترونات عالية الطاقة للخلية بنقل واستخدام الطاقة بطريقة تدريجية - في حزم صغيرة بدلاً من دفعة واحدة مدمرة. يركز هذا الفصل على استخراج الطاقة من الطعام ، وسوف ترى أنه أثناء تتبعك لمسار عمليات النقل ، فإنك تتعقب مسار الإلكترونات التي تتحرك عبر المسارات الأيضية.

ناقلات الإلكترون

في الأنظمة الحية ، تعمل فئة صغيرة من المركبات كمكوكات إلكترونية: فهي تربط وتحمل إلكترونات عالية الطاقة بين المركبات في المسارات البيوكيميائية. حوامل الإلكترون الرئيسية التي سننظر فيها مشتقة من مجموعة فيتامين ب وهي مشتقات من النيوكليوتيدات. يمكن اختزال هذه المركبات بسهولة (أي أنها تقبل الإلكترونات) أو تتأكسد (تفقد الإلكترونات). مشتق نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD) ((الشكل)) من فيتامين ب3النياسين. NAD + هو الشكل المؤكسد للجزيء NADH هو الشكل المختزل للجزيء بعد أن يقبل إلكترونين وبروتون (وهما معًا ما يعادل ذرة هيدروجين مع إلكترون إضافي). لاحظ أنه إذا كان المركب يحتوي على "H" ، فإنه يتم تقليله بشكل عام (على سبيل المثال ، NADH هو الشكل المختزل لـ NAD).

يمكن أن يقبل NAD + الإلكترونات من جزيء عضوي وفقًا للمعادلة العامة:

عندما تضاف الإلكترونات إلى مركب ، يتم تقليله. يسمى المركب الذي يقلل من الآخر عامل الاختزال. في المعادلة أعلاه ، RH هو عامل مختزل ، ويتم تقليل NAD + إلى NADH. عندما تتم إزالة الإلكترونات من مركب ، يتأكسد. يسمى المركب الذي يؤكسد آخر عامل مؤكسد. في المعادلة أعلاه ، NAD + هو عامل مؤكسد ، ويتأكسد RH إلى R.

وبالمثل ، فإن فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD +) مشتق من فيتامين ب2، ويسمى أيضًا الريبوفلافين. شكله المصغر هو FADH2. يحتوي الشكل الثاني من NAD ، NADP ، على مجموعة فوسفات إضافية. يستخدم كل من NAD + و FAD + على نطاق واسع في استخراج الطاقة من السكريات ، ويلعب NADP دورًا مهمًا في التفاعلات الابتنائية والتمثيل الضوئي في النباتات.

ATP في الأنظمة الحية

لا تستطيع الخلية الحية تخزين كميات كبيرة من الطاقة الحرة. قد تؤدي الطاقة الحرة الزائدة إلى زيادة الحرارة في الخلية ، مما قد يؤدي إلى حركة حرارية مفرطة يمكن أن تتلف الخلية ثم تدمرها. بدلاً من ذلك ، يجب أن تكون الخلية قادرة على التعامل مع هذه الطاقة بطريقة تمكن الخلية من تخزين الطاقة بأمان وإطلاقها لاستخدامها فقط عند الحاجة. تحقق الخلايا الحية ذلك باستخدام مركب الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). غالبًا ما يُطلق على ATP اسم "عملة الطاقة" للخلية ، ومثل العملة ، يمكن استخدام هذا المركب متعدد الاستخدامات لسد أي حاجة للطاقة للخلية. كيف؟ تعمل بشكل مشابه لبطارية قابلة لإعادة الشحن.

عندما يتم تكسير ATP ، عادة عن طريق إزالة مجموعة الفوسفات الطرفية ، يتم إطلاق الطاقة. يتم استخدام الطاقة للقيام بعمل من قبل الخلية ، عادة عندما يرتبط الفوسفات المنطلق بجزيء آخر ، وبالتالي يتم تنشيطه. على سبيل المثال ، في العمل الميكانيكي لتقلص العضلات ، يوفر ATP الطاقة لتحريك بروتينات العضلات المقلصة. تذكر عمل النقل النشط لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم في أغشية الخلايا. يغير ATP بنية البروتين المتكامل الذي يعمل كمضخة ، ويغير تقاربها للصوديوم والبوتاسيوم. بهذه الطريقة ، تؤدي الخلية العمل ، وتضخ الأيونات ضد تدرجاتها الكهروكيميائية.

هيكل ووظيفة ATP

يوجد في قلب ATP جزيء من أدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) ، والذي يتكون من جزيء أدينين مرتبط بجزيء ريبوز ومجموعة فوسفات واحدة ((الشكل)). الريبوز هو سكر خماسي الكربون موجود في الحمض النووي الريبي ، و AMP هو أحد النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي. تؤدي إضافة مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي إلى تكوين الأدينوزين ديالفوسفات (ADP) إضافة مجموعة فوسفات ثالثة تشكل الأدينوزين ثلاثيالفوسفات (ATP).

تتطلب إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء طاقة. مجموعات الفوسفات مشحونة سالبة وبالتالي تتنافر عندما يتم ترتيبها في سلسلة ، كما هو الحال في ADP و ATP. هذا التنافر يجعل جزيئات ADP و ATP غير مستقرة بطبيعتها. يطلق إطلاق مجموعة أو مجموعتين من الفوسفات من ATP ، وهي عملية تسمى نزع الفسفرة ، الطاقة.

الطاقة من ATP

التحلل المائي هو عملية تفكيك الجزيئات الكبيرة المعقدة. أثناء التحلل المائي ، ينقسم الماء ، أو يتحلل ، وتكون ذرة الهيدروجين الناتجة (H +) ومجموعة الهيدروكسيل (OH & # 8211) ، أو هيدروكسيد ، تضاف إلى الجزيء الأكبر. ينتج عن التحلل المائي لـ ATP ADP ، مع أيون فوسفات غير عضوي (P.أنا) وإطلاق الطاقة الحرة. لتنفيذ عمليات الحياة ، يتم تقسيم ATP باستمرار إلى ADP ، ومثل البطارية القابلة لإعادة الشحن ، يتم تجديد ADP باستمرار إلى ATP عن طريق إعادة ربط مجموعة فوسفات ثالثة. الماء ، الذي تم تقسيمه إلى ذرة الهيدروجين ومجموعة الهيدروكسيل (هيدروكسيد) أثناء التحلل المائي لـ ATP ، يتم تجديده عند إضافة فوسفات ثالث إلى جزيء ADP ، مع إعادة تكوين ATP.

من الواضح أنه يجب ضخ الطاقة في النظام لتجديد ATP. من اين تاتي هذه الطاقة؟ في كل كائن حي على الأرض تقريبًا ، تأتي الطاقة من استقلاب الجلوكوز أو الفركتوز أو الجالاكتوز ، وجميع الأيزومرات التي لها الصيغة الكيميائية C6ح12ا6 لكن تكوينات جزيئية مختلفة. وبهذه الطريقة ، يعد ATP رابطًا مباشرًا بين مجموعة محدودة من المسارات الباهظة للطاقة لتقويض الجلوكوز والعديد من المسارات المندفعة التي تمد الخلايا الحية بالطاقة.

الفسفرة

تذكر أنه في بعض التفاعلات الكيميائية ، قد ترتبط الإنزيمات بعدة ركائز تتفاعل مع بعضها البعض على الإنزيم ، وتشكل مركبًا وسيطًا. المركب الوسيط هو هيكل مؤقت ، ويسمح لأحد الركائز (مثل ATP) والمتفاعلات بالتفاعل بسهولة أكبر مع بعضها البعض في التفاعلات التي تتضمن ATP ، ATP هو أحد الركائز و ADP منتج. أثناء تفاعل كيميائي مرن ، يشكل ATP معقدًا وسيطًا مع الركيزة والإنزيم في التفاعل. يسمح هذا المركب الوسيط لـ ATP بنقل مجموعته الفوسفاتية الثالثة ، مع طاقته ، إلى الركيزة ، وهي عملية تسمى الفسفرة. تشير الفسفرة إلى إضافة الفوسفات (

ص). يتضح هذا من خلال التفاعل العام التالي ، حيث يمثل A و B ركيزتين مختلفتين:

عندما يتفكك المركب الوسيط ، يتم استخدام الطاقة لتعديل الركيزة وتحويلها إلى منتج من التفاعل. يتم إطلاق جزيء ADP وأيون الفوسفات الحر في الوسط ومتاحين لإعادة التدوير من خلال التمثيل الغذائي الخلوي.

الفسفرة الركيزة

يتم إنشاء ATP من خلال آليتين أثناء انهيار الجلوكوز. يتم إنشاء عدد قليل من جزيئات ATP (أي ، يتم تجديدها من ADP) كنتيجة مباشرة للتفاعلات الكيميائية التي تحدث في المسارات التقويضية. تتم إزالة مجموعة الفوسفات من مادة متفاعلة وسيطة في المسار ، وتستخدم الطاقة الحرة للتفاعل لإضافة الفوسفات الثالث إلى جزيء ADP متاح ، مما ينتج ATP ((الشكل)). هذه الطريقة المباشرة جدًا للفسفرة تسمى الفسفرة على مستوى الركيزة.

الفسفرة التأكسدية

ومع ذلك ، فإن معظم الـ ATP الذي تم إنشاؤه أثناء هدم الجلوكوز مشتق من عملية أكثر تعقيدًا ، وهي التناضح الكيميائي ، والتي تحدث في الميتوكوندريا ((الشكل)) داخل خلية حقيقية النواة أو غشاء البلازما لخلية بدائية النواة. تُستخدم عملية التناضح الكيميائي ، وهي عملية إنتاج ATP في التمثيل الغذائي الخلوي ، لتوليد 90 في المائة من ATP المصنوع أثناء هدم الجلوكوز ، وهي أيضًا الطريقة المستخدمة في تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي لتسخير طاقة ضوء الشمس. يُطلق على إنتاج الـ ATP باستخدام عملية التناضح الكيميائي الفسفرة المؤكسدة بسبب مشاركة الأكسجين في العملية.

طبيب أمراض الميتوكوندريا ماذا يحدث عندما لا تستمر التفاعلات الحرجة للتنفس الخلوي بشكل صحيح؟ قد يحدث هذا في أمراض الميتوكوندريا ، وهي اضطرابات وراثية لعملية التمثيل الغذائي. يمكن أن تنشأ اضطرابات الميتوكوندريا من الطفرات في الحمض النووي أو الميتوكوندريا ، وتؤدي إلى إنتاج طاقة أقل مما هو طبيعي في خلايا الجسم. في مرض السكري من النوع 2 ، على سبيل المثال ، يتم تقليل كفاءة أكسدة NADH ، مما يؤثر على الفسفرة المؤكسدة ولكن ليس على خطوات التنفس الأخرى. يمكن أن تشمل أعراض أمراض الميتوكوندريا ضعف العضلات ، وعدم التنسيق ، ونوبات تشبه السكتة الدماغية ، وفقدان البصر والسمع. يتم تشخيص معظم الأشخاص المصابين في مرحلة الطفولة ، على الرغم من وجود بعض الأمراض التي تصيب البالغين. يعد تحديد وعلاج اضطرابات الميتوكوندريا مجالًا طبيًا متخصصًا. يتطلب الإعداد التعليمي لهذه المهنة تعليمًا جامعيًا ، تليها كلية الطب مع تخصص في علم الوراثة الطبية. يمكن لعلماء الوراثة الطبية أن يكونوا حاصلين على شهادة البورد من قبل المجلس الأمريكي لعلم الوراثة الطبية وأن يستمروا في الارتباط بالمنظمات المهنية المكرسة لدراسة أمراض الميتوكوندريا ، مثل جمعية طب الميتوكوندريا وجمعية الاضطرابات الأيضية الوراثية.

ملخص القسم

يعمل ATP كعملة للطاقة للخلايا. يسمح للخلية بتخزين الطاقة لفترة وجيزة ونقلها داخل الخلية لدعم التفاعلات الكيميائية المندرجة. إن بنية ATP هي بنية نوكليوتيد RNA مع ثلاثة فوسفات مرفقة. نظرًا لاستخدام ATP للطاقة ، يتم فصل مجموعة فوسفات أو اثنتين ، ويتم إنتاج إما ADP أو AMP. تُستخدم الطاقة المشتقة من هدم الجلوكوز لتحويل ADP إلى ATP. عندما يتم استخدام ATP في التفاعل ، يتم ربط الفوسفات الثالث مؤقتًا بطبقة أساسية في عملية تسمى الفسفرة. عمليتا تجديد ATP اللتان تستخدمان بالاقتران مع هدم الجلوكوز هما الفسفرة على مستوى الركيزة والفسفرة المؤكسدة من خلال عملية التناضح الكيميائي.

إستجابة مجانية

لماذا من المفيد للخلايا أن تستخدم ATP بدلاً من الطاقة مباشرة من روابط الكربوهيدرات؟ ما هي أكبر عيوب تسخير الطاقة مباشرة من روابط عدة مركبات مختلفة؟

يوفر ATP للخلية طريقة للتعامل مع الطاقة بطريقة فعالة. يمكن شحن الجزيء وتخزينه واستخدامه حسب الحاجة. علاوة على ذلك ، يتم تسليم الطاقة من التحلل المائي ATP بكمية ثابتة. سيؤدي تجميع الطاقة من روابط العديد من المركبات المختلفة إلى توصيل الطاقة بكميات مختلفة.

قائمة المصطلحات


33 الطاقة في الأنظمة الحية

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • ناقش أهمية الإلكترونات في نقل الطاقة في الأنظمة الحية
  • اشرح كيف تستخدم الخلايا ATP كمصدر للطاقة

يتضمن إنتاج الطاقة داخل الخلية العديد من المسارات الكيميائية المنسقة. معظم هذه المسارات عبارة عن مجموعات من تفاعلات الأكسدة والاختزال ، والتي تحدث في نفس الوقت. يزيل تفاعل الأكسدة إلكترونًا من ذرة في مركب ، وإضافة هذا الإلكترون إلى مركب آخر هو تفاعل اختزال. نظرًا لأن الأكسدة والاختزال يحدثان معًا عادةً ، فإن هذه الأزواج من التفاعلات تسمى تفاعلات تقليل الأكسدة ، أو تفاعلات الأكسدة والاختزال.

الإلكترونات والطاقة

ينتج عن إزالة الإلكترون من الجزيء (مؤكسدته) انخفاض في الطاقة الكامنة في المركب المؤكسد. لا يبقى الإلكترون (أحيانًا كجزء من ذرة الهيدروجين) غير مرتبط ، ومع ذلك ، في سيتوبلازم الخلية. بدلا من ذلك ، يتم إزاحة الإلكترون إلى مركب ثان ، مما يقلل من المركب الثاني. يؤدي انتقال الإلكترون من مركب إلى آخر إلى إزالة بعض الطاقة الكامنة من المركب الأول (المركب المؤكسد) وزيادة الطاقة الكامنة للمركب الثاني (المركب المختزل). يعد نقل الإلكترونات بين الجزيئات أمرًا مهمًا لأن معظم الطاقة المخزنة في الذرات والمستخدمة لتغذية وظائف الخلايا تكون في شكل إلكترونات عالية الطاقة. يسمح نقل الطاقة في شكل إلكترونات عالية الطاقة للخلية بنقل واستخدام الطاقة بطريقة تدريجية - في حزم صغيرة بدلاً من دفعة واحدة مدمرة. يركز هذا الفصل على استخراج الطاقة من الطعام ، وسوف ترى أنه أثناء تتبعك لمسار عمليات النقل ، فإنك تتعقب مسار الإلكترونات التي تتحرك عبر المسارات الأيضية.

ناقلات الإلكترون

في الأنظمة الحية ، تعمل فئة صغيرة من المركبات كمكوكات إلكترونية: فهي تربط وتحمل إلكترونات عالية الطاقة بين المركبات في المسارات البيوكيميائية. حوامل الإلكترون الرئيسية التي سننظر فيها مشتقة من مجموعة فيتامين ب وهي مشتقات من النيوكليوتيدات. يمكن اختزال هذه المركبات بسهولة (أي أنها تقبل الإلكترونات) أو تتأكسد (تفقد الإلكترونات). مشتق نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD) ((الشكل)) من فيتامين ب3النياسين. NAD + هو الشكل المؤكسد للجزيء NADH هو الشكل المختزل للجزيء بعد أن يقبل إلكترونين وبروتون (وهما معًا ما يعادل ذرة هيدروجين مع إلكترون إضافي). لاحظ أنه إذا كان المركب يحتوي على "H" ، فإنه يتم تقليله بشكل عام (على سبيل المثال ، NADH هو الشكل المختزل لـ NAD).

يمكن أن يقبل NAD + الإلكترونات من جزيء عضوي وفقًا للمعادلة العامة:

عندما تضاف الإلكترونات إلى مركب ، يتم تقليله. يسمى المركب الذي يقلل من الآخر عامل الاختزال. في المعادلة أعلاه ، RH هو عامل مختزل ، ويتم تقليل NAD + إلى NADH. عندما تتم إزالة الإلكترونات من مركب ، يتأكسد. يسمى المركب الذي يؤكسد آخر عامل مؤكسد. في المعادلة أعلاه ، NAD + هو عامل مؤكسد ، ويتأكسد RH إلى R.

وبالمثل ، فإن فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD +) مشتق من فيتامين ب2، ويسمى أيضًا الريبوفلافين. شكله المصغر هو FADH2. يحتوي الشكل الثاني من NAD ، NADP ، على مجموعة فوسفات إضافية. يستخدم كل من NAD + و FAD + على نطاق واسع في استخراج الطاقة من السكريات ، ويلعب NADP دورًا مهمًا في التفاعلات الابتنائية والتمثيل الضوئي في النباتات.

ATP في الأنظمة الحية

لا تستطيع الخلية الحية تخزين كميات كبيرة من الطاقة الحرة. قد تؤدي الطاقة الحرة الزائدة إلى زيادة الحرارة في الخلية ، مما قد يؤدي إلى حركة حرارية مفرطة يمكن أن تتلف الخلية ثم تدمرها. بدلاً من ذلك ، يجب أن تكون الخلية قادرة على التعامل مع هذه الطاقة بطريقة تمكّن الخلية من تخزين الطاقة بأمان وإطلاقها لاستخدامها فقط عند الحاجة. تحقق الخلايا الحية ذلك باستخدام مركب الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). غالبًا ما يُطلق على ATP اسم "عملة الطاقة" للخلية ، ومثل العملة ، يمكن استخدام هذا المركب متعدد الاستخدامات لسد أي حاجة للطاقة للخلية. كيف؟ تعمل بشكل مشابه لبطارية قابلة لإعادة الشحن.

عندما يتم تكسير ATP ، عادة عن طريق إزالة مجموعة الفوسفات الطرفية ، يتم إطلاق الطاقة. يتم استخدام الطاقة للقيام بعمل من قبل الخلية ، عادة عندما يرتبط الفوسفات المنطلق بجزيء آخر ، وبالتالي يتم تنشيطه. على سبيل المثال ، في العمل الميكانيكي لتقلص العضلات ، يوفر ATP الطاقة لتحريك بروتينات العضلات المقلصة. تذكر عمل النقل النشط لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم في أغشية الخلايا. يغير ATP بنية البروتين المتكامل الذي يعمل كمضخة ، ويغير تقاربها للصوديوم والبوتاسيوم. بهذه الطريقة ، تؤدي الخلية العمل ، وتضخ الأيونات ضد تدرجاتها الكهروكيميائية.

هيكل ووظيفة ATP

يوجد في قلب ATP جزيء من أدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) ، والذي يتكون من جزيء أدينين مرتبط بجزيء ريبوز ومجموعة فوسفات واحدة ((الشكل)). الريبوز هو سكر خماسي الكربون موجود في الحمض النووي الريبي ، و AMP هو أحد النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي. تؤدي إضافة مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي إلى تكوين الأدينوزين ديالفوسفات (ADP) إضافة مجموعة فوسفات ثالثة تشكل الأدينوزين ثلاثيالفوسفات (ATP).

تتطلب إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء طاقة. مجموعات الفوسفات مشحونة سالبة وبالتالي تتنافر عندما يتم ترتيبها في سلسلة ، كما هو الحال في ADP و ATP. هذا التنافر يجعل جزيئات ADP و ATP غير مستقرة بطبيعتها. يطلق إطلاق مجموعة أو مجموعتين من الفوسفات من ATP ، وهي عملية تسمى نزع الفسفرة ، الطاقة.

الطاقة من ATP

التحلل المائي هو عملية تفكيك الجزيئات الكبيرة المعقدة. أثناء التحلل المائي ، ينقسم الماء ، أو يتحلل ، وتكون ذرة الهيدروجين الناتجة (H +) ومجموعة الهيدروكسيل (OH & # 8211) ، أو هيدروكسيد ، تضاف إلى الجزيء الأكبر. The hydrolysis of ATP produces ADP, together with an inorganic phosphate ion (Pأنا), and the release of free energy. To carry out life processes, ATP is continuously broken down into ADP, and like a rechargeable battery, ADP is continuously regenerated into ATP by the reattachment of a third phosphate group. Water, which was broken down into its hydrogen atom and hydroxyl group (hydroxide) during ATP hydrolysis, is regenerated when a third phosphate is added to the ADP molecule, reforming ATP.

Obviously, energy must be infused into the system to regenerate ATP. Where does this energy come from? In nearly every living thing on Earth, the energy comes from the metabolism of glucose, fructose, or galactose, all isomers with the chemical formula C6ح12ا6 but different molecular configurations. In this way, ATP is a direct link between the limited set of exergonic pathways of glucose catabolism and the multitude of endergonic pathways that power living cells.

الفسفرة

Recall that, in some chemical reactions, enzymes may bind to several substrates that react with each other on the enzyme, forming an intermediate complex. An intermediate complex is a temporary structure, and it allows one of the substrates (such as ATP) and reactants to more readily react with each other in reactions involving ATP, ATP is one of the substrates and ADP is a product. During an endergonic chemical reaction, ATP forms an intermediate complex with the substrate and enzyme in the reaction. This intermediate complex allows the ATP to transfer its third phosphate group, with its energy, to the substrate, a process called phosphorylation. Phosphorylation refers to the addition of the phosphate (

ص). This is illustrated by the following generic reaction, in which A and B represent two different substrates:

When the intermediate complex breaks apart, the energy is used to modify the substrate and convert it into a product of the reaction. The ADP molecule and a free phosphate ion are released into the medium and are available for recycling through cell metabolism.

Substrate Phosphorylation

ATP is generated through two mechanisms during the breakdown of glucose. A few ATP molecules are generated (that is, regenerated from ADP) as a direct result of the chemical reactions that occur in the catabolic pathways. A phosphate group is removed from an intermediate reactant in the pathway, and the free energy of the reaction is used to add the third phosphate to an available ADP molecule, producing ATP ((Figure)). This very direct method of phosphorylation is called substrate-level phosphorylation .

Oxidative Phosphorylation

Most of the ATP generated during glucose catabolism, however, is derived from a much more complex process, chemiosmosis, which takes place in mitochondria ((Figure)) within a eukaryotic cell or the plasma membrane of a prokaryotic cell. Chemiosmosis , a process of ATP production in cellular metabolism, is used to generate 90 percent of the ATP made during glucose catabolism and is also the method used in the light reactions of photosynthesis to harness the energy of sunlight. The production of ATP using the process of chemiosmosis is called oxidative phosphorylation because of the involvement of oxygen in the process.

Mitochondrial Disease Physician What happens when the critical reactions of cellular respiration do not proceed correctly? This may happen in mitochondrial diseases, which are genetic disorders of metabolism. Mitochondrial disorders can arise from mutations in nuclear or mitochondrial DNA, and they result in the production of less energy than is normal in body cells. In type 2 diabetes, for instance, the oxidation efficiency of NADH is reduced, impacting oxidative phosphorylation but not the other steps of respiration. Symptoms of mitochondrial diseases can include muscle weakness, lack of coordination, stroke-like episodes, and loss of vision and hearing. Most affected people are diagnosed in childhood, although there are some adult-onset diseases. Identifying and treating mitochondrial disorders is a specialized medical field. The educational preparation for this profession requires a college education, followed by medical school with a specialization in medical genetics. Medical geneticists can be board certified by the American Board of Medical Genetics and go on to become associated with professional organizations devoted to the study of mitochondrial diseases, such as the Mitochondrial Medicine Society and the Society for Inherited Metabolic Disorders.

ملخص القسم

ATP functions as the energy currency for cells. It allows the cell to store energy briefly and transport it within the cell to support endergonic chemical reactions. The structure of ATP is that of an RNA nucleotide with three phosphates attached. As ATP is used for energy, a phosphate group or two are detached, and either ADP or AMP is produced. Energy derived from glucose catabolism is used to convert ADP into ATP. When ATP is used in a reaction, the third phosphate is temporarily attached to a substrate in a process called phosphorylation. The two processes of ATP regeneration that are used in conjunction with glucose catabolism are substrate-level phosphorylation and oxidative phosphorylation through the process of chemiosmosis.


التنفس الخلوي

Cellular respiration in the presence of الأكسجين (التنفس الهوائي) is the process by which energy-rich organic substrates are broken down into نشبع و ماء, with the release of a considerable amount of طاقة في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). Anaerobic respiration breaks down glucose in the absence of oxygen, and produces pyruvate, which is then reduced to lactate or to الإيثانول وشارك2. Anaerobic respiration releases only a small amount of energy (in the form of ATP) from the glucose مركب.

Respiration occurs in three stages. The first stage is تحلل السكر, which is a series of enzyme-controlled reactions that degrades glucose (a 6-carbon molecule) to pyruvate (a 3-carbon molecule) which is further oxidized to acetylcoenzyme A (acetyl CoA). Amino acids and أحماض دهنية may also be oxidized to acetyl CoA as well as glucose.

In the second stage, acetyl CoA enters the citric acid (Krebs) cycle, where it is degraded to yield energy-rich هيدروجين atoms which reduce the oxidized form of the coenzyme nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) to NADH, and reduce the coenzyme flavin adenine dinucleotide (FAD) to FADH2. (Reduction is the addition of electrons to a molecule, or the gain of hydrogen atoms, while oxidation is the loss of electrons or the addition of oxygen to a molecule.) Also in the second stage of cellular respiration, the كربون atoms of the intermediate metabolic products in the دورة كريبس are converted to carbon dioxide.

The third stage of cellular respiration occurs when the energy-rich hydrogen ذرات are separated into protons [H + ] and energy-rich electrons in the electron transport chain. At the beginning of the electron transport chain, the energy-rich hydrogen on NADH is removed from NADH, producing the oxidized coenzyme, NAD + و أ بروتون (H+) and two electrons (e-). The electrons are transferred along a chain of more than 15 different electron carrier molecules (known as the electron transport chain). هؤلاء البروتينات are grouped into three large respiratory إنزيم complexes, each of which contains proteins that span the mitochondrial غشاء, securing the complexes into the inner membrane. Furthermore, each complex in the chain has a greater affinity for electrons than the complex before it. This increasing affinity drives the electrons down the chain until they are transferred all the way to the end where they meet the oxygen molecule, which has the greatest affinity of all for the electrons. The oxygen thus becomes reduced to H2O in the presence of hydrogen ions (protons), which were originally obtained from nutrient molecules through the process of oxidation.

During electron transport, much of the energy represented by the electrons is conserved during a process called oxidative phosphorylation. This process uses the energy of the electrons to phosphorylate (add a phosphate group) adenosine diphosphate (ADP), to form the energy-rich molecule ATP.

Oxidative phosphorylation is driven by the energy released by the electrons as they pass from the hydrogens of the coenzymes down the respiratory chain in the inner membrane of the mitochondrion. This energy is used to pump protons (H + ) across the inner membrane from the matrix to the intermediate فضاء. This sets up a تركيز gradient along which substances flow from high to low concentration, while a simultaneous current of OH - flows across the membrane in the opposite direction. The simultaneous opposite flow of positive and نفي ions across the mitochondrial membrane sets up an electrochemical proton gradient. The flow of protons down this gradient drives a membrane-bound enzyme, ATP synthetase, which catalyzes the phosphorylation of ADP to ATP.

This highly efficient, energy conserving series of reactions would not be possible in eukaryotic cells without the organelles called mitochondria. Mitochondria are the "powerhouses" of the eukaryotic cells, and are bounded by two membranes, which create two separate compartments: an internal space and a narrow intermembrane space. The enzymes of the matrix include those that catalyze the conversion of pyruvate and fatty acids to acetyl CoA, as well as the enzymes of the Krebs cycle. The enzymes of the respiratory chain are embedded in the inner mitochondrial membrane, which is the site of oxidative phosphorylation and the production of ATP.

In the absence of mitochondria, حيوان cells would be limited to glycolysis for their energy needs, which releases only a small fraction of the energy potentially available from the glucose.

The reactions of glycolysis require the input of two ATP molecules and produce four ATP molecules for a net gain of only two molecules per molecule of glucose. These ATP molecules are formed when phosphate groups are removed from phosphorylated intermediate products of glycolysis and transferred to ADP, a process called substrate level phosphorylation (synthesis of ATP by direct transfer of a high-energy phosphate group from a molecule in a metabolic pathway to ADP).

In contrast, mitochondria supplied with oxygen produce about 36 molecules of ATP for each molecule of glucose oxidized. Procaryotic cells, such a بكتيريا, lack mitochondria as well as nuclear membranes. Fatty acids and amino acids when transported into the mitochondria are degraded into the two-carbon acetyl group on acetyl CoA, which then enters the Krebs cycle. In animals, the body stores fattyacids in the form of fats, and glucose in the form of glycogen in order to ensure a steady supply of these العناصر الغذائية for respiration.

While the Krebs cycle is an integral part of aerobic الأيض, the production of NADH and FADH 2 is not dependent on oxygen. Rather, oxygen is used at the end of the electron transport chain to combine with electrons removed from NADH and FADH2 and with hydrogen ions in the cytosol to produce water.

Although the production of water is necessary to keep the process of electron transport chain in حركة, the energy used to make ATP is derived from a different process called chemiosmosis.

Chemiosmosis is a mechanism that uses the proton gradient across the membrane to generate ATP and is initiated by the activity of the electron transport chain. Chemiosmosis represents a link between the chemical and osmotic processes in the mitochondrion that occur during respiration.

The electrons that are transported down the respiratory chain on the mitochondrion's inner membrane release energy that is used to pump protons (H + ) across the inner membrane from the mitochondrial matrix into the intermembrane space. The resulting gradient of protons across the mitochondrial inner membrane creates a backflow of protons back across the membrane. This flow of electrons across the membrane, like a waterfall used to power an electric turbine, drives a membrane-bound enzyme, ATP synthetase. This enzyme catalyzes the phosphorylation of ADP to ATP, which completes the part of cellular respiration called oxidative phosphorylation. The protons, in turn, neutralize the negative charges created by the addition of electrons to oxygen molecules, with the resultant production of water.

Cellular respiration produces three molecules of ATP per pair of electrons in NADH, while the pair of electrons in FADH2 generate two molecules of ATP. This means that 12 molecules of ATP are formed for each acetyl CoA molecule that enters the Krebs cycle and since two acetyl CoA molecules are formed from each molecule of glucose, a total of 24 molecules of ATP are produced from each molecule of this sugar. When added to the energy conserved from the reactions occurring before acetyl CoA is formed, the complete oxidation of a glucose molecule gives a net yield of about 36 ATP molecules. When fats are burned, instead of glucose, the total yield from one molecule of palmitate, a 16-carbon fatty, is 129 ATP.


What is the correct sequence of electron travels during aerobic respiration?

I Write for myself and many other clients. Blog post, Article writing and writing for ProProfs is my daily thing.

Another name for aerobic respiration is cellular respiration this is when there is a conversion of nutrients to energy. The energy produced that is within the cell is called adenosine triphosphate or ATP. The correct sequence of electron travel during aerobic respiration is Food- NADH-electron transport chain &ndash oxygen. The process is explained as follows.

Electrons are picked up from the food we eat by the NADH and FADH through the electron pump, the electron is transferred to the electron transport chain due to the activity of pump electrochemical gradient is created.

ATP is generated from the electrochemical gradient with the help of an enzyme called the ATP synthase. The last process in aerobic respiration occurs when an electron is donated to oxygen to produce water.


شاهد الفيديو: ما هي أحدث التقنيات التي توفرها الطاقة الشمسية (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Zulugore

    هناك حقا هزلي ، ماذا بعد

  2. Adel

    ماذا تعني هذه الكلمة؟



اكتب رسالة