Inhalt
- Was sind Redoxreaktionen?
- Wo befindet sich die Elektronentransportkettenreaktion in Eukaryoten?
- Wie sieht ein Mitochondrion aus?
- Wo findet die ETC-Reaktion in Prokaryoten statt?
- Was passiert während der Elektronentransportkette?
- Was ist die Funktion der vier Komplexe des ETC?
- Warum ist die Elektronentransportkette wichtig?
- Wie gelangt der Sauerstoff in die Mitochondrien?
- Ein chemischer Überblick über die Zellatmung und das ETC
- Hemmung des Elektronenkettentransportmechanismus
Die meisten lebenden Zellen produzieren Energie aus Nährstoffen durch Zellatmung, bei der Sauerstoff aufgenommen wird, um Energie freizusetzen. Die Elektronentransportkette oder ETC ist die dritte und letzte Stufe dieses Prozesses, die anderen beiden sind Glykolyse und das Zitronensäurezyklus.
Die erzeugte Energie wird in Form von gespeichert ATP oder Adenosintriphosphat, ein Nukleotid, das in lebenden Organismen vorkommt.
Die ATP-Moleküle speichern Energie in ihren Phosphatbindungen. Das ETC ist aus energetischer Sicht das wichtigste Stadium der Zellatmung, da es das meiste ATP produziert. In einer Reihe von Redoxreaktionen wird Energie freigesetzt und eine dritte Phosphatgruppe an Adenosindiphosphat gebunden, um ATP mit drei Phosphatgruppen zu bilden.
Wenn eine Zelle Energie benötigt, bricht sie die dritte Phosphatgruppenbindung und nutzt die resultierende Energie.
Was sind Redoxreaktionen?
Viele der chemischen Reaktionen der Zellatmung sind Redoxreaktionen. Dies sind Wechselwirkungen zwischen zellulären Substanzen, die beteiligt sind die Ermäßigung und Oxidation (oder Redox) zur gleichen Zeit. Während Elektronen zwischen Molekülen übertragen werden, wird ein Satz von Chemikalien oxidiert, während ein anderer Satz reduziert wird.
Eine Reihe von Redoxreaktionen bilden die Elektronentransportkette.
Die oxidierten Chemikalien sind Reduktionsmittel. Sie nehmen Elektronen auf und reduzieren die anderen Substanzen, indem sie ihre Elektronen aufnehmen. Diese anderen Chemikalien sind Oxidationsmittel. Sie spenden Elektronen und oxidieren die anderen an der chemischen Redoxreaktion beteiligten Parteien.
Bei einer Reihe von redoxchemischen Reaktionen können Elektronen in mehreren Stufen weitergeleitet werden, bis sie mit dem endgültigen Reduktionsmittel kombiniert werden.
Wo befindet sich die Elektronentransportkettenreaktion in Eukaryoten?
Die Zellen fortgeschrittener Organismen oder Eukaryoten haben a Kern und werden eukaryotische Zellen genannt. Diese höheren Zellen haben auch kleine membrangebunden Strukturen, die Mitochondrien genannt werden und Energie für die Zelle produzieren. Mitochondrien sind wie kleine Fabriken, die Energie in Form von ATP-Molekülen erzeugen. Elektronentransportkettenreaktionen finden innerhalb der Mitochondrien statt.
Abhängig von der Arbeit der Zelle können die Zellen mehr oder weniger Mitochondrien haben. Muskelzellen haben manchmal Tausende, weil sie viel Energie benötigen. Pflanzenzellen haben auch Mitochondrien; Sie produzieren Glukose über die Photosynthese und diese wird dann in der Zellatmung und schließlich in der Elektronentransportkette in den Mitochondrien verwendet.
Die ETC-Reaktionen finden an und über der inneren Membran der Mitochondrien statt. Ein weiterer Prozess der Zellatmung, der Zitronensäurezyklus, findet in den Mitochondrien statt und liefert einen Teil der für die ETC-Reaktionen benötigten Chemikalien. Der ETC nutzt die Eigenschaften des innere mitochondriale Membran ATP-Moleküle zu synthetisieren.
Wie sieht ein Mitochondrion aus?
Ein Mitochondrium ist winzig und viel kleiner als eine Zelle. Um es richtig zu sehen und seine Struktur zu untersuchen, ist ein Elektronenmikroskop mit einer mehrtausendfachen Vergrößerung erforderlich. Bilder aus dem Elektronenmikroskop zeigen, dass das Mitochondrium eine glatte, langgestreckte Außenmembran aufweist und a stark gefaltet innere Membran.
Die inneren Membranfalten sind fingerförmig und reichen tief in das Innere des Mitochondriums. Das Innere der inneren Membran enthält eine Flüssigkeit, die als Matrix bezeichnet wird, und zwischen der inneren und der äußeren Membran befindet sich eine mit viskoser Flüssigkeit gefüllte Region, die als Matrix bezeichnet wird Zwischenmembranraum.
Der Zitronensäurezyklus findet in der Matrix statt und produziert einige der vom ETC verwendeten Verbindungen. Das ETC entnimmt diesen Verbindungen Elektronen und führt die Produkte in den Zitronensäurekreislauf zurück. Die Falten der inneren Membran ergeben eine große Oberfläche mit viel Raum für Elektronentransportkettenreaktionen.
Wo findet die ETC-Reaktion in Prokaryoten statt?
Die meisten Einzelzellorganismen sind Prokaryoten, was bedeutet, dass den Zellen ein Zellkern fehlt. Diese prokaryontischen Zellen haben eine einfache Struktur mit einer Zellwand und Zellmembranen, die die Zelle umgeben und steuern, was in die Zelle hinein und aus dieser heraus geht. Prokaryontische Zellen haben keine Mitochondrien und andere membrangebundenen Organellen. Stattdessen findet die Energieerzeugung in der gesamten Zelle statt.
Einige prokaryontische Zellen wie Grünalgen können durch Photosynthese Glucose produzieren, während andere Substanzen aufnehmen, die Glucose enthalten. Die Glukose wird dann als Nahrung für die Energieerzeugung der Zellen über die Zellatmung verwendet.
Da diese Zellen keine Mitochondrien aufweisen, muss die ETC-Reaktion am Ende der Zellatmung auf und über die Zellmembranen erfolgen, die sich direkt innerhalb der Zellwand befinden.
Was passiert während der Elektronentransportkette?
Das ETC verwendet energiereiche Elektronen aus Chemikalien, die im Zitronensäurekreislauf erzeugt werden, und führt sie in vier Schritten auf ein niedriges Energieniveau. Die Energie aus diesen chemischen Reaktionen wird dazu genutzt Protonen pumpen über eine Membran. Diese Protonen diffundieren dann durch die Membran zurück.
Bei prokaryontischen Zellen werden Proteine durch die die Zelle umgebenden Zellmembranen gepumpt. Bei eukaryontischen Zellen mit Mitochondrien werden die Protonen über die innere Mitochondrienmembran von der Matrix in den Intermembranraum gepumpt.
Chemische Elektronendonoren umfassen NADH und FADH während der letzte Elektronenakzeptor Sauerstoff ist. Die Chemikalien NAD und FAD werden an den Zitronensäurekreislauf zurückgegeben, während sich der Sauerstoff mit Wasserstoff zu Wasser verbindet.
Die durch die Membranen gepumpten Protonen erzeugen ein Protonengradient. Der Gradient erzeugt eine Protonen-Motivationskraft, die es den Protonen ermöglicht, sich durch die Membranen zurück zu bewegen. Diese Protonenbewegung aktiviert die ATP-Synthase und erzeugt ATP-Moleküle aus ADP. Der gesamte chemische Prozess wird aufgerufen oxidative Phosphorylierung.
Was ist die Funktion der vier Komplexe des ETC?
Vier chemische Komplexe bilden die Elektronentransportkette. Sie haben folgende Funktionen:
Am Ende dieses Prozesses wird der Protonengradient durch jedes komplexe Pumpen von Protonen über die Membranen erzeugt. Das resultierende Protonenbewegungskraft zieht die Protonen über die ATP-Synthase-Moleküle durch die Membranen.
Wenn sie in die Mitochondrienmatrix oder in das Innere der prokaryotischen Zelle gelangen, ermöglicht die Wirkung der Protonen dem ATP-Synthasemolekül, eine Phosphatgruppe an ein ADP- oder Adenosindiphosphatmolekül anzuhängen. ADP wird zu ATP oder Adenosintriphosphat und Energie wird in der zusätzlichen Phosphatbindung gespeichert.
Warum ist die Elektronentransportkette wichtig?
Jede der drei Zellatmungsphasen beinhaltet wichtige Zellprozesse, aber die ETC produziert bei weitem das meiste ATP. Da die Energieerzeugung eine der Schlüsselfunktionen der Zellatmung ist, ist ATP aus dieser Sicht die wichtigste Phase.
Wo der ETC produziert bis zu 34 Moleküle ATP Aus den Produkten eines Glucosemoleküls entstehen im Zitronensäurezyklus zwei und bei der Glykolyse entstehen vier ATP-Moleküle, von denen jedoch zwei verbraucht werden.
Die andere Schlüsselfunktion des ETC ist das Produzieren NAD und MODE von NADH und FADH in den ersten beiden chemischen Komplexen. Die Produkte der Reaktionen in ETC-Komplex I und Komplex II sind die NAD- und FAD-Moleküle, die im Zitronensäurezyklus benötigt werden.
Infolgedessen ist der Zitronensäurezyklus vom ETC abhängig. Da die ETC nur in Gegenwart von Sauerstoff stattfinden kann, der als letzter Elektronenakzeptor fungiert, kann der Zellatmungszyklus nur dann vollständig funktionieren, wenn der Organismus Sauerstoff aufnimmt.
Wie gelangt der Sauerstoff in die Mitochondrien?
Alle fortgeschrittenen Organismen brauchen Sauerstoff, um zu überleben. Einige Tiere atmen Sauerstoff aus der Luft ein, während Wassertiere dies möglicherweise haben Kiemen oder absorbieren Sauerstoff durch ihre Häute.
Bei höheren Tieren absorbieren die roten Blutkörperchen Sauerstoff in der Lunge und tragen Sie es in den Körper aus. Arterien und dann winzige Kapillaren verteilen den Sauerstoff im gesamten Körpergewebe.
Während Mitochondrien Sauerstoff zur Bildung von Wasser verbrauchen, diffundiert Sauerstoff aus den roten Blutkörperchen. Sauerstoffmoleküle wandern über Zellmembranen in das Zellinnere. Wenn vorhandene Sauerstoffmoleküle aufgebraucht sind, treten neue an ihre Stelle.
Solange genügend Sauerstoff vorhanden ist, können die Mitochondrien die gesamte Energie liefern, die die Zelle benötigt.
Ein chemischer Überblick über die Zellatmung und das ETC
Glukose ist ein Kohlenhydrat das, wenn es oxidiert wird, Kohlendioxid und Wasser produziert. Während dieses Prozesses werden Elektronen in die Elektronentransportkette eingespeist.
Der Elektronenfluss wird von Proteinkomplexen in den Mitochondrien- oder Zellmembranen genutzt, um Wasserstoffionen zu transportieren. H + über die Membranen. Das Vorhandensein von mehr Wasserstoffionen außerhalb einer Membran als innerhalb erzeugt ein pH-Ungleichgewicht mit einer sauereren Lösung außerhalb der Membran.
Um den pH-Wert auszugleichen, fließen die Wasserstoffionen durch den ATP-Synthase-Proteinkomplex über die Membran zurück und treiben die Bildung von ATP-Molekülen voran. Die aus den Elektronen gewonnene chemische Energie wird in eine elektrochemische Energieform umgewandelt, die im Wasserstoffionengradienten gespeichert ist.
Wenn die elektrochemische Energie durch den Fluss der Wasserstoffionen oder Protonen durch den ATP-Synthasekomplex freigesetzt wird, ändert sie sich zu biochemische Energie in Form von ATP.
Hemmung des Elektronenkettentransportmechanismus
Die ETC-Reaktionen sind eine hocheffiziente Möglichkeit, Energie zu produzieren und zu speichern, die die Zelle für ihre Bewegung, Fortpflanzung und ihr Überleben benötigt. Wenn eine der Reaktionsserien blockiert ist, funktioniert das ETC nicht mehr und Zellen, die darauf angewiesen sind, sterben ab.
Einige Prokaryoten können auf andere Weise Energie erzeugen, indem sie andere Substanzen als Sauerstoff als endgültigen Elektronenakzeptor verwenden. Eukaryotische Zellen sind jedoch für ihren Energiebedarf von der oxidativen Phosphorylierung und der Elektronentransportkette abhängig.
Substanzen, die die ETC-Wirkung hemmen können Block Redox-Reaktionen, hemmen den Protonentransfer oder modifizieren Schlüsselenzyme. Wenn ein Redoxschritt blockiert wird, stoppt der Elektronentransfer und die Oxidation geht am Sauerstoffende auf ein hohes Niveau über, während am Kettenanfang eine weitere Reduktion stattfindet.
Wenn Protonen nicht über die Membranen übertragen werden können oder Enzyme wie ATP-Synthase abgebaut werden, stoppt die Produktion von ATP.
In beiden Fällen brechen die Zellfunktionen zusammen und die Zelle stirbt ab.
Pflanzliche Substanzen wie RotenonVerbindungen wie Zyanid und Antibiotika wie Antimycin kann verwendet werden, um die ETC-Reaktion zu hemmen und einen gezielten Zelltod herbeizuführen.
Beispielsweise wird Rotenon als Insektizid und Antibiotika zur Abtötung von Bakterien eingesetzt. Wenn die Proliferation und das Wachstum von Organismen kontrolliert werden müssen, kann das ETC als wertvoller Angriffspunkt angesehen werden. Eine Störung seiner Funktion entzieht der Zelle die Energie, die sie zum Leben benötigt.