شرح سلسلة نقل الإلكترون وإنتاج الطاقة

شرح سلسلة نقل الإلكترون وإنتاج الطاقة

في البيولوجيا الخلوية ، و سلسلة نقل الإلكترون هي واحدة من الخطوات في عمليات الخلية التي تنتج الطاقة من الأطعمة التي تتناولها.

هذه هي الخطوة الثالثة من التنفس الخلوية الهوائية. التنفس الخلوي هو المصطلح لكيفية تكوين خلايا الجسم للطاقة من استهلاك الطعام. سلسلة نقل الإلكترون هي حيث يتم إنشاء معظم خلايا الطاقة التي تحتاج إلى تشغيل. هذه "السلسلة" هي في الواقع سلسلة من مجمعات البروتين وجزيئات حامل الإلكترون داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا الخلوية ، والمعروفة أيضًا باسم قوة الخلية.

الأكسجين مطلوب للتنفس الهوائي حيث تنتهي السلسلة بتبرع الإلكترونات بالأكسجين.

الوجبات السريعة الرئيسية: سلسلة نقل الإلكترون

  • سلسلة نقل الإلكترون عبارة عن سلسلة من مجمعات البروتين وجزيئات حامل الإلكترون داخل الغشاء الداخلي لـ الميتوكوندريا التي تولد اعبي التنس المحترفين للطاقة.
  • يتم تمرير الإلكترونات على طول السلسلة من مجمع البروتين إلى مجمع البروتين حتى يتم التبرع بها إلى الأكسجين. أثناء مرور الإلكترونات ، يتم ضخ البروتونات خارج مصفوفة الميتوكوندريا عبر الغشاء الداخلي والفضاء بين الغشاء.
  • يؤدي تراكم البروتونات في حيز الغشاء إلى تدرج كهروكيميائي يؤدي إلى تدفق البروتونات لأسفل التدرج والعودة إلى المصفوفة من خلال سينسيز ATP. توفر هذه الحركة للبروتونات الطاقة لإنتاج ATP.
  • سلسلة نقل الإلكترون هي الخطوة الثالثة من التنفس الخلوية الهوائية. يعد تحلل السكر ودورة كريبس أول خطوتين من التنفس الخلوي.

كيف يتم صنع الطاقة

عندما تتحرك الإلكترونات على طول السلسلة ، يتم استخدام الحركة أو الزخم لإنشاء ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). ATP هو المصدر الرئيسي للطاقة في العديد من العمليات الخلوية بما في ذلك تقلص العضلات وانقسام الخلايا.

أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) هو مادة كيميائية عضوية توفر الطاقة للخلية. ttsz / iStock / Getty Images Plus

يتم إطلاق الطاقة أثناء عملية التمثيل الغذائي للخلية عندما يتم تحلل ATP. يحدث هذا عندما يتم تمرير الإلكترونات على طول السلسلة من مجمع البروتين إلى مجمع البروتين حتى يتم التبرع بها إلى الماء المكون للأكسجين. يتحول ATP كيميائيا إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) من خلال التفاعل مع الماء. يستخدم ADP بدوره لتوليف ATP.

بمزيد من التفصيل ، عندما يتم تمرير الإلكترونات على طول سلسلة من مجمع البروتين إلى مركب البروتين ، يتم إطلاق الطاقة ويتم ضخ أيونات الهيدروجين (H +) خارج المصفوفة الميتوكوندريا (المقصورة داخل الغشاء الداخلي) وإلى حيز الغشاء الداخلي (المقصورة بين الأغشية الداخلية والخارجية). كل هذا النشاط يخلق كلاً من التدرج الكيميائي (اختلاف في تركيز المحلول) وتدرج كهربائي (فرق في الشحن) عبر الغشاء الداخلي. نظرًا لضخ مزيد من أيونات H + في حيز الغشاء ، فإن التركيز العالي لذرات الهيدروجين سوف يتراكم ويتدفق مرة أخرى إلى المصفوفة مما يعمل في نفس الوقت على إنتاج ATP بواسطة سينسيز ATP المركب للبروتين.

يستخدم سينسيز ATP الطاقة المولدة من حركة أيونات H + في المصفوفة لتحويل ADP إلى ATP. هذه العملية المؤكسدة للجزيئات لتوليد الطاقة لإنتاج ATP تسمى الفسفرة المؤكسدة.

الخطوات الأولى للتنفس الخلوي

التنفس الخلوي عبارة عن مجموعة من ردود الفعل الأيضية والعمليات التي تحدث في خلايا الكائنات الحية لتحويل الطاقة الكيميائية الحيوية من المواد الغذائية إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، ثم إطلاق منتجات النفايات. normaals / iStock / Getty Images Plus

الخطوة الأولى في التنفس الخلوي هي تحلل السكر. يحدث انحلال السكر في السيتوبلازم ويتضمن تقسيم جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من بيروفيت المركب الكيميائي. بشكل عام ، يتم إنشاء جزيئين من ATP وجزيئين من NADH (طاقة عالية ، جزيء يحمل الإلكترون).

والخطوة الثانية ، التي تسمى دورة حامض الستريك أو دورة كريبس ، هي عندما يتم نقل البيروفات عبر أغشية الميتوكوندريا الخارجية والداخلية إلى مصفوفة الميتوكوندريا. يتأكسد البيروفات بشكل أكبر في دورة كريبز لإنتاج جزيئين إضافيين من ATP ، وكذلك NADH و FADH 2 الجزيئات. الإلكترونات من NADH و FADH2 يتم نقلها إلى الخطوة الثالثة من التنفس الخلوي ، وسلسلة نقل الإلكترون.

مجمعات البروتين في السلسلة

هناك أربعة مجمعات بروتينية تشكل جزءًا من سلسلة نقل الإلكترون التي تعمل على تمرير الإلكترونات إلى أسفل السلسلة. يعمل مركب بروتين خامس على نقل أيونات الهيدروجين مرة أخرى إلى المصفوفة. هذه المجمعات هي جزء لا يتجزأ من الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

شكل توضيحي لسلسلة نقل الإلكترون مع الفسفرة المؤكسدة. extender01 / iStock / Getty Images Plus

مجمع الأول

ينقل NADH إلكترونين إلى المركب I مما يؤدي إلى أربعة H+ أيونات يجري ضخها عبر الغشاء الداخلي. يتأكسد NADH إلى NAD+، والتي يتم إعادة تدويرها مرة أخرى في دورة كريبس. يتم نقل الإلكترونات من المركب I إلى جزيء الناقل ubiquinone (Q) ، والذي يتم اختزاله إلى يوبيكوينول (QH2). يوبيكوينول يحمل الإلكترونات إلى المجمع الثالث.

المجمع الثاني

القوات المسلحة الهايتية2 تنقل الإلكترونات إلى المركب II وتنتقل الإلكترونات إلى يوبيكوينون (س). يتم تقليل Q إلى ubiquinol (QH2) ، والذي يحمل الإلكترونات إلى Complex III. لا ح+ يتم نقل أيونات إلى الفضاء بين الغشاء في هذه العملية.

المجمع الثالث

يؤدي نقل الإلكترونات إلى Complex III إلى نقل أربعة أخرى من H+ أيونات عبر الغشاء الداخلي. يتأكسد QH2 ويتم تمرير الإلكترونات إلى بروتين حامل الإلكترونات السيتوكروم C.

مجمع الرابع

ينقل السيتوكروم C الإلكترونات إلى مركب البروتين النهائي في السلسلة ، المجمع الرابع. اثنان ح+ يتم ضخ أيونات عبر الغشاء الداخلي. ثم يتم تمرير الإلكترونات من المجمع الرابع إلى الأكسجين (O2) جزيء ، مما تسبب في انقسام جزيء. ذرات الأكسجين الناتجة انتزاع بسرعة H+ أيونات لتشكيل جزيئين من الماء.

سينسيز لاعبي التنس المحترفين

سينسيز ATP يتحرك H+ أيونات تم ضخها خارج المصفوفة بواسطة سلسلة نقل الإلكترون مرة أخرى إلى المصفوفة. يتم استخدام الطاقة الناتجة عن تدفق البروتونات إلى المصفوفة لتوليد ATP بواسطة الفسفرة (إضافة فوسفات) من ADP. تسمى حركة الأيونات عبر الغشاء الميتوكوندريا القابل للاختراق ونزول التدرج الكهروكيميائي الكيميائي.

يولد NADH ATP أكثر من FADH2. لكل جزيء NADH يتأكسد ، 10 H+ يتم ضخ أيونات في مساحة الغشاء. هذا ينتج عن ثلاثة جزيئات ATP. لأن FADH2 يدخل السلسلة في مرحلة لاحقة (Complex II) ، فقط ستة H+ يتم نقل أيونات إلى الفضاء بين الغشاء. هذه الحسابات لحوالي اثنين من جزيئات ATP. يتم إنشاء ما مجموعه 32 جزيء ATP في نقل الإلكترون والتفسفر التأكسدي.

مصادر

  • "النقل الإلكتروني في دورة الطاقة للخلية." هايبرفيزيكس، hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
  • لوديش ، هارفي ، وآخرون. "نقل الإلكترون والتفسف التأكسدي." بيولوجيا الخلية الجزيئية. الطبعة الرابعة.، مكتبة الولايات المتحدة الوطنية للطب ، 2000 ، www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.

شاهد الفيديو: سلسلة نقل الإلكترون