Transformarea energiei într-o celulă animală
Transferul electronilor în lanțurile mitocondriale
Majoritatea substanțelor ², obținute din substraturile respiratorii, sunt transferate prin nicucinamidă dinucleotidă (NAD), coenzima Q (CoQ) și citocromul c în oxigen pentru a forma apă.
Formarea potențialului protonic în mitocondriile animalelor:
a) AH2 - substrat respirator; b) produs A (imagine: www.sciam.ru)
Incapabile celulelor fotosinteza (de exemplu, om) primesc energie din alimente, care servește sau biomasă vegetală, creată ca rezultat al fotosintezei, biomasă sau alte viețuitoare hrănire a plantelor, sau orice resturi de organisme vii.
Nutrienți (proteine, grăsimi și carbohidrați) sunt transformate de celule animale într-un interval limitat de compusi moleculara mica - acizi organici, construite din atomi de carbon, care prin intermediul unor mecanisme moleculare speciale sunt oxidați la bioxid de carbon și apă. Când această energie este eliberată, se acumulează sub formă de diferență de potențial electrochimie prin membrană și utilizată pentru sinteza ATP sau direct pentru efectuarea anumitor tipuri de muncă.
Istoria studierii problemelor de conversie a energiei într-o celulă animală, precum istoria fotosintezei, are mai mult de două secole.
În organismele aerobe, oxidarea atomilor de carbon din acizi organici la dioxid de carbon și apă are loc cu ajutorul oxigenului și se numește respirație intracelulară, care apare în particulele specializate - mitocondriile. Transformarea energiei de oxidare se realizează prin enzimele localizate într-o ordine strictă în membranele interne ale mitocondriilor. Aceste enzime formează așa-numitul lanț respirator și funcționează ca generatoare, creând o diferență în potențialul electrochimic pe membrană, prin care se sintetizează ATP, la fel ca la fotosinteză.
Sarcina principală și respirație și fotosinteză - pentru a menține raportul ATP / ADP, la un anumit nivel, departe de echilibru termodinamic, care permite ATP servește ca donor de energie, deplasarea echilibrul reacției la care participă.
Stațiile principale de energie ale celulelor vii sunt mitocondriile - particule intracelulare măsurând 0,1-10 # 956, acoperite cu două membrane. În mitocondrii, energia liberă de oxidare a produselor alimentare este transformată în energie liberă de ATP. Atunci când ATP se combină cu apă, la concentrații normale de substanțe reactive, se eliberează energie liberă de ordinul a 10 kcal / mol.
Organizarea lanțului respirator
I-NADH-dehidrogenaza (ubichinonă); II - succinat dehidrogenază; III - ubiquinol-citocrom c-reductaza; IV - citocrom c-oxidază; V - H - transportul sintazei ATP (imagine: www.sciam.ru)
Natura anorganică a amestecului de hidrogen și oxigen se numește „zornăit“: mică scânteie suficientă pentru explozie - formarea instantanee a apei, cu o eliberare mare de energie sub formă de căldură. Sarcina care funcționează enzimele lanțului respirator: generează o „explozie“, astfel încât energia eliberată a fost pusă într-o formă adecvată pentru sinteza ATP. Ce fac ei: transferul ordonată de electroni de la o componentă la alta (in cele din urma la oxigen), scăderea treptată a potențialului de hidrogen și magazine de energie.
Următoarele cifre vorbesc despre scopul acestei lucrări. Mitocondriile adulte cu înălțime medie și greutate pompă aproximativ 500 g de ioni de hidrogen pe zi prin membranele lor, formând un potențial de membrană. În același timp, H + -ATP sintaza produce aproximativ 40 kg de ATP din ADP și fosfat, iar procesele bazate pe ATP hidrolizează întreaga masă de ATP înapoi în ADP și fosfat.
Studiile au arătat că membrana mitocondrială acționează ca un transformator de tensiune. Dacă transferăm electronii substratului din NADH direct la oxigen prin membrană, va apărea o diferență de potențial de aproximativ 1 V. Dar membranele biologice - filmele fosfolipide în două straturi nu rezistă unei astfel de diferențe - apare o defecțiune. În plus, producția de ATP din ADP, fosfat și apă necesită doar 0,25 V, ceea ce înseamnă că este nevoie de un transformator de tensiune. Și cu mult înainte de apariția celulelor omenești "a inventat" un astfel de dispozitiv molecular. Ea face posibilă cvadrupla curentului și, prin energia fiecărui electron transferat de la substrat la oxigen, să transfere patru protoni prin membrană printr-o succesiune consistentă de reacții chimice între componentele moleculare ale lanțului respirator.
Deci, două căi principale de generare și regenerare ATP in celulele vii: fosforilare oxidativă (respirație) și fosforilare (absorbție a luminii), - deși susținute de către diferite surse externe de energie, dar ambele depind de enzime catalitice lanțuri de lucru incastrate in membrana: membrana mitocondrială interioară , membranele tiolacoide ale cloroplastelor sau membranelor plasmatice ale anumitor bacterii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: