NộI Dung
- Phản ứng oxi hóa khử là gì?
- Phản ứng chuỗi vận chuyển điện tử nằm ở đâu trong sinh vật nhân chuẩn?
- Mitochondrion trông như thế nào?
- Phản ứng ETC diễn ra ở đâu trong Prokaryote?
- Điều gì xảy ra trong chuỗi vận chuyển điện tử?
- Chức năng của bốn phức hợp của ETC là gì?
- Tại sao Chuỗi vận chuyển điện tử quan trọng?
- Làm thế nào để oxy đi vào ty thể?
- Tổng quan về hóa học của hô hấp tế bào và ETC
- Ức chế cơ chế vận chuyển chuỗi điện tử
Hầu hết các tế bào sống sản xuất năng lượng từ các chất dinh dưỡng thông qua hô hấp tế bào liên quan đến việc hấp thụ oxy để giải phóng năng lượng. Chuỗi vận chuyển điện tử hoặc ETC là giai đoạn thứ ba và cuối cùng của quá trình này, hai giai đoạn còn lại đường phân và chu kỳ axit citric.
Năng lượng được tạo ra được lưu trữ dưới dạng ATP hoặc adenosine triphosphate, là một nucleotide được tìm thấy trong các sinh vật sống.
Các phân tử ATP lưu trữ năng lượng trong chúng liên kết phốt phát. ETC là giai đoạn quan trọng nhất của hô hấp tế bào theo quan điểm năng lượng vì nó tạo ra nhiều ATP nhất. Trong một loạt các phản ứng oxi hóa khử, năng lượng được giải phóng và được sử dụng để gắn một nhóm phosphate thứ ba vào adenosine diphosphate để tạo ATP với ba nhóm phosphate.
Khi một tế bào cần năng lượng, nó phá vỡ liên kết nhóm phốt phát thứ ba và sử dụng năng lượng kết quả.
Phản ứng oxi hóa khử là gì?
Nhiều phản ứng hóa học của hô hấp tế bào là phản ứng oxi hóa khử. Đây là những tương tác giữa các chất tế bào có liên quan giảm và Quá trình oxy hóa (hoặc oxi hóa khử) cùng một lúc. Khi các electron được chuyển giữa các phân tử, một bộ hóa chất bị oxy hóa trong khi một bộ khác bị giảm.
Một loạt các phản ứng oxi hóa khử tạo nên chuỗi vận chuyển điện tử.
Các hóa chất bị oxy hóa là chất khử. Họ chấp nhận các electron và giảm các chất khác bằng cách lấy electron của chúng. Những hóa chất khác là tác nhân oxy hóa. Họ tặng electron và oxy hóa các bên khác trong phản ứng hóa học oxi hóa khử.
Khi có một loạt các phản ứng hóa học oxi hóa khử diễn ra, các electron có thể được truyền qua nhiều giai đoạn cho đến khi chúng kết thúc với chất khử cuối cùng.
Phản ứng chuỗi vận chuyển điện tử nằm ở đâu trong sinh vật nhân chuẩn?
Các tế bào của sinh vật tiên tiến hoặc sinh vật nhân chuẩn có một nhân tế bào và được gọi là tế bào nhân chuẩn. Những tế bào cấp cao hơn cũng có nhỏ màng bọc cấu trúc gọi là ty thể tạo ra năng lượng cho tế bào. Ty thể giống như các nhà máy nhỏ tạo ra năng lượng dưới dạng phân tử ATP. Phản ứng chuỗi vận chuyển điện tử diễn ra bên trong ty thể.
Tùy thuộc vào công việc mà tế bào thực hiện, các tế bào có thể có nhiều hoặc ít hơn ty thể. Các tế bào cơ đôi khi có hàng ngàn vì chúng cần rất nhiều năng lượng. Tế bào thực vật cũng có ty thể; chúng tạo ra glucose thông qua quá trình quang hợp, và sau đó được sử dụng trong hô hấp tế bào và cuối cùng là chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể.
Các phản ứng ETC diễn ra trên và trên màng trong của ty thể. Một quá trình hô hấp tế bào khác, chu kỳ axit citric, diễn ra bên trong ty thể và cung cấp một số hóa chất cần thiết cho các phản ứng ETC. ETC sử dụng các đặc tính của màng trong ti thể để tổng hợp các phân tử ATP.
Mitochondrion trông như thế nào?
Một ty thể rất nhỏ và nhỏ hơn nhiều so với một tế bào. Để nhìn thấy nó đúng cách và nghiên cứu cấu trúc của nó, cần phải có kính hiển vi điện tử với độ phóng đại vài nghìn lần. Hình ảnh từ kính hiển vi điện tử cho thấy ty thể có màng ngoài nhẵn, dài và gấp rất nhiều màng trong.
Các nếp gấp màng bên trong có hình dạng giống như ngón tay và chạm sâu vào bên trong ty thể. Mặt trong của màng bên trong chứa một chất lỏng gọi là ma trận và giữa màng trong và màng ngoài là một vùng chứa đầy chất lỏng nhớt gọi là không gian liên màng.
Chu trình axit citric diễn ra trong ma trận và nó tạo ra một số hợp chất được sử dụng bởi ETC. ETC lấy các electron từ các hợp chất này và đưa các sản phẩm trở lại chu trình axit citric. Các nếp gấp của màng bên trong tạo cho nó một diện tích bề mặt lớn với nhiều khoảng trống cho các phản ứng chuỗi vận chuyển điện tử.
Phản ứng ETC diễn ra ở đâu trong Prokaryote?
Hầu hết các sinh vật đơn bào là prokaryote, có nghĩa là các tế bào thiếu nhân. Các tế bào prokaryote này có cấu trúc đơn giản với thành tế bào và màng tế bào bao quanh tế bào và kiểm soát những gì đi vào và ra khỏi tế bào. Tế bào nhân sơ thiếu ty thể và các tế bào khác bào quan có màng. Thay vào đó, việc sản xuất năng lượng tế bào diễn ra khắp tế bào.
Một số tế bào prokaryote như tảo xanh có thể tạo ra glucose từ quá trình quang hợp, trong khi những tế bào khác ăn các chất có chứa glucose. Glucose sau đó được sử dụng làm thực phẩm để sản xuất năng lượng tế bào thông qua hô hấp tế bào.
Do các tế bào này không có ty thể, nên phản ứng ETC ở cuối quá trình hô hấp tế bào phải diễn ra trên và qua màng tế bào nằm ngay bên trong thành tế bào.
Điều gì xảy ra trong chuỗi vận chuyển điện tử?
ETC sử dụng các electron năng lượng cao từ các hóa chất được tạo ra bởi chu trình axit citric và đưa chúng qua bốn bước đến mức năng lượng thấp. Năng lượng từ các phản ứng hóa học này được sử dụng để bơm proton qua một màng. Những proton này sau đó khuếch tán trở lại qua màng.
Đối với các tế bào prokaryote, protein được bơm qua màng tế bào bao quanh tế bào. Đối với các tế bào nhân chuẩn có ty thể, các proton được bơm qua màng ty thể bên trong từ ma trận vào không gian liên màng.
Các nhà tài trợ điện tử hóa học bao gồm NADH và FADH trong khi chất nhận điện tử cuối cùng là oxy. Các hóa chất NAD và FAD được đưa trở lại chu trình axit citric trong khi oxy kết hợp với hydro để tạo thành nước.
Các proton được bơm qua màng tạo ra một độ dốc proton. Độ dốc tạo ra một động lực proton cho phép các proton di chuyển trở lại qua các màng. Chuyển động proton này kích hoạt ATP synthase và tạo ra các phân tử ATP từ ADP. Quá trình hóa học tổng thể được gọi là oxy hóa phosphoryl.
Chức năng của bốn phức hợp của ETC là gì?
Bốn phức hợp hóa học tạo thành chuỗi vận chuyển điện tử. Chúng có các chức năng sau:
Vào cuối quá trình này, gradient proton được tạo ra bởi mỗi proton bơm phức tạp trên màng. Kết quả động lực proton hút các proton qua màng thông qua các phân tử ATP synthase.
Khi chúng xâm nhập vào ma trận ty thể hoặc bên trong tế bào prokaryote, hoạt động của các proton cho phép phân tử ATP synthase thêm một nhóm phosphate vào phân tử ADP hoặc adenosine diphosphate. ADP trở thành ATP hoặc adenosine triphosphate, và năng lượng được lưu trữ trong liên kết phốt phát thêm.
Tại sao Chuỗi vận chuyển điện tử quan trọng?
Mỗi trong ba giai đoạn hô hấp tế bào kết hợp các quá trình tế bào quan trọng, nhưng ETC tạo ra nhiều ATP nhất. Vì sản xuất năng lượng là một trong những chức năng chính của hô hấp tế bào, ATP là giai đoạn quan trọng nhất theo quan điểm đó.
Trường hợp ETC sản xuất tối đa 34 phân tử ATP từ các sản phẩm của một phân tử glucose, chu trình axit citric tạo ra hai và glycolysis tạo ra bốn phân tử ATP nhưng sử dụng hết hai trong số chúng.
Chức năng chính khác của ETC là sản xuất NAD và HAM MÊ từ NADH và FADH trong hai phức hợp hóa học đầu tiên. Sản phẩm của các phản ứng trong phức hợp ETC I và phức II là các phân tử NAD và FAD được yêu cầu trong chu trình axit citric.
Do đó, chu trình axit citric phụ thuộc vào ETC. Vì ETC chỉ có thể diễn ra với sự có mặt của oxy, đóng vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng, nên chu trình hô hấp tế bào chỉ có thể hoạt động hoàn toàn khi sinh vật lấy oxy.
Làm thế nào để oxy đi vào ty thể?
Tất cả các sinh vật tiên tiến cần oxy để tồn tại. Một số động vật hít thở oxy từ không khí trong khi động vật thủy sinh có thể có mang hoặc hấp thụ oxy thông qua chúng da.
Ở động vật bậc cao, các tế bào hồng cầu hấp thụ oxy trong phổi và mang nó vào cơ thể. Động mạch và sau đó các mao mạch nhỏ phân phối oxy trên khắp các mô cơ thể.
Khi ty thể sử dụng hết oxy để tạo thành nước, oxy sẽ khuếch tán ra khỏi các tế bào hồng cầu. Các phân tử oxy đi qua màng tế bào và vào bên trong tế bào. Khi các phân tử oxy hiện có được sử dụng hết, các phân tử mới thay thế chúng.
Miễn là có đủ oxy, ty thể có thể cung cấp tất cả năng lượng mà tế bào cần.
Tổng quan về hóa học của hô hấp tế bào và ETC
Glucose là một carbohydrate rằng, khi bị oxy hóa, tạo ra carbon dioxide và nước. Trong quá trình này, các electron được đưa vào chuỗi vận chuyển điện tử.
Dòng điện tử được sử dụng bởi các phức hợp protein trong màng ty thể hoặc màng tế bào để vận chuyển các ion hydro, H + , trên màng. Sự hiện diện của nhiều ion hydro bên ngoài màng hơn bên trong tạo ra sự mất cân bằng pH với dung dịch axit hơn bên ngoài màng.
Để cân bằng độ pH, các ion hydro chảy ngược qua màng thông qua phức hợp protein ATP synthase, thúc đẩy sự hình thành các phân tử ATP. Năng lượng hóa học thu được từ các electron được thay đổi thành dạng năng lượng điện hóa được lưu trữ trong gradient ion hydro.
Khi năng lượng điện hóa được giải phóng qua dòng chảy của các ion hydro hoặc proton thông qua phức hợp ATP synthase, nó được đổi thành năng lượng sinh hóa dưới dạng ATP.
Ức chế cơ chế vận chuyển chuỗi điện tử
Các phản ứng ETC là một cách hiệu quả cao để sản xuất và lưu trữ năng lượng cho tế bào sử dụng trong quá trình di chuyển, sinh sản và sinh tồn của nó. Khi một trong các chuỗi phản ứng bị chặn, ETC không còn hoạt động và các tế bào dựa vào nó sẽ chết.
Một số prokaryote có cách sản xuất năng lượng xen kẽ bằng cách sử dụng các chất khác ngoài oxy làm chất nhận điện tử cuối cùng, nhưng các tế bào nhân chuẩn phụ thuộc vào quá trình phosphoryl oxy hóa và chuỗi vận chuyển điện tử cho nhu cầu năng lượng của chúng.
Các chất có thể ức chế hành động ETC có thể chặn phản ứng oxi hóa khử, ức chế chuyển proton hoặc sửa đổi các enzyme chính. Nếu một bước oxi hóa khử bị chặn, quá trình chuyển electron dừng lại và quá trình oxy hóa tiến tới mức cao ở đầu oxy trong khi quá trình khử tiếp diễn ra ở đầu chuỗi.
Khi các proton không thể được chuyển qua màng hoặc các enzyme như ATP synthase bị suy giảm, việc sản xuất ATP dừng lại.
Trong cả hai trường hợp, chức năng tế bào bị phá vỡ và tế bào chết.
Các chất có nguồn gốc thực vật như rotenone, các hợp chất như xyanua và kháng sinh như antimycin có thể được sử dụng để ức chế phản ứng ETC và gây chết tế bào đích.
Ví dụ, rotenone được sử dụng làm thuốc trừ sâu và thuốc kháng sinh được sử dụng để tiêu diệt vi khuẩn. Khi có nhu cầu kiểm soát sự tăng sinh và tăng trưởng của sinh vật, ETC có thể được coi là một điểm tấn công có giá trị. Phá vỡ chức năng của nó làm mất tế bào năng lượng cần thiết để sống.