سلسلة النقل الإلكتروني وإنتاج الطاقة

في علم الأحياء الخلوي سلسلة نقل الإلكترون هي إحدى خطوات عمليات الخلية التي تنتج الطاقة من الأطعمة التي تتناولها.

إنها الخطوة الثالثة الهوائية التنفس الخلوي. التنفس الخلوي هو المصطلح الخاص بكيفية إنتاج خلايا الجسم للطاقة من استهلاك الطعام. سلسلة نقل الإلكترون هي المكان الذي يتم فيه إنشاء معظم خلايا الطاقة التي تحتاج إلى التشغيل. هذه "السلسلة" هي في الواقع سلسلة بروتين المجمعات وجزيئات حامل الإلكترون داخل الغشاء الداخلي للخلية الميتوكوندريا، والمعروفة أيضًا باسم قوة الخلية.

الأكسجين مطلوب للتنفس الهوائي حيث تنتهي السلسلة بتبرع بالإلكترونات إلى الأكسجين.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: سلسلة النقل الإلكتروني

عندما تتحرك الإلكترونات على طول سلسلة ، يتم استخدام الحركة أو الزخم لخلق أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). ATP هو المصدر الرئيسي للطاقة للعديد من العمليات الخلوية بما في ذلك عضلة انكماش و انقسام الخلية.

يتم إطلاق الطاقة أثناء استقلاب الخلية عندما يكون ATP تحلل. يحدث هذا عندما يتم تمرير الإلكترونات على طول السلسلة من مجمع البروتين إلى مجمع البروتين حتى يتم التبرع بها إلى الماء الذي يشكل الأكسجين. يتحلل ATP كيميائياً إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) عن طريق التفاعل مع الماء. يستخدم ADP بدوره لتجميع ATP.

بتفصيل أكثر ، عندما يتم تمرير الإلكترونات على طول سلسلة من مجمع البروتين إلى مجمع البروتين ، تكون الطاقة يتم تحريرها وأيونات الهيدروجين (H +) خارج مصفوفة الميتوكوندريا (حجرة داخل غشاء) وفي الفضاء بين الأغشية (الحجرة بين الأغشية الداخلية والخارجية). كل هذا النشاط يخلق كل من التدرج الكيميائي (الفرق في تركيز المحلول) والتدرج الكهربائي (الفرق في الشحن) عبر الغشاء الداخلي. نظرًا لأنه يتم ضخ المزيد من أيونات H + في الفضاء بين الغشاء ، فسيتم بناء التركيز العالي لذرات الهيدروجين صعودا وتدفق إلى المصفوفة في وقت واحد بالطاقة لإنتاج ATP بواسطة مركب البروتين ATP سينثيز.

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

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

الخطوة الثانية ، ودعا دورة حمض الستريك أو دورة كريبس ، عندما يتم نقل البيروفات عبر أغشية الميتوكوندريا الخارجية والداخلية إلى مصفوفة الميتوكوندريا. تتأكسد البيروفات بشكل أكبر في دورة كريبز لإنتاج جزيئين إضافيين من ATP ، وكذلك NADH و FADH ₂ جزيئات. الإلكترونات من NADH و FADH₂ يتم نقلها إلى الخطوة الثالثة من التنفس الخلوي ، وسلسلة نقل الإلكترون.

هنالك أربعة مجمعات البروتين التي هي جزء من سلسلة نقل الإلكترون التي تعمل لتمرير الإلكترونات أسفل السلسلة. مجمع البروتين الخامس يخدم لنقل الهيدروجين أيونات العودة إلى المصفوفة. هذه المجمعات هي جزء لا يتجزأ من الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

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 إلى 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.

فضه₂ تنقل الإلكترونات إلى المركب II وتنتقل الإلكترونات إلى يوبيكوينون (س). يتم تقليل Q إلى يوبيكوينول (QH2) ، الذي يحمل الإلكترونات إلى المجمع III. لا ح⁺ يتم نقل أيونات إلى الفضاء بين الغشاء في هذه العملية.

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

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 ATP يتحرك H⁺ أيونات تم ضخها خارج المصفوفة بواسطة سلسلة نقل الإلكترون مرة أخرى إلى المصفوفة. الطاقة من تدفق البروتونات في المصفوفة يستخدم 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 الفضاء بين 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.

• "النقل الإلكتروني في دورة الطاقة للخلية". فرط الفيزياء، 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/.