Sự vận chuyển điện tử

SỰ VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬGIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS VÕ VĂN TOÀNHỌC VIÊN THỰC VIÊN : NGUYỄN THỊ MỸ CHICAO HỌC SHTN K12 Các tế bào của hầu như tất cả các sinh vật nhân chuẩn có chứa bào quan nội bào gọi là ty thể, trong đó sản xuất ATP. Như vậy, ty thể được xem là trạm năng lượng của tế bào.Nguồn năng lượng từ glucose là bước đầu chuyển hóa trong tế bào chất (giai đoạn đường phân). Các sản phẩm sẽ được đưa vào ty thể. Ty thể tiếp tục quá trình dị hóa bằng cách sử dụng con đường trao đổi chất bao gồm cả chu trình Krebs, quá trình oxy hóa axit béo, và quá trình oxy hóa các axit amin. Phần lớn năng lượng được bảo tồn trong các phản ứng dị hóa xảy ra ở gần cuối chuỗi trao đổi của các phản ứng trong dây chuyền vận chuyển điện tử. Sự vận chuyển điện tử hoặc chuỗi hô hấp được đặt tên từ các điện tử thực tế được vận chuyển để đáp ứng với Ôxi từ sự hô hấp ở phần cuối chuỗi. Phản ứng tổng quát của dây chuyền vận chuyển điện tử: 2H+ + 2e- + ½ O2 → H2O + Năng lượng.Lưu ý: 2H+, 2 e- và một phân tử Oxi phản ứng với nhau tạo ra sản phẩm là H2O với sự giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Năng lượng được giải phóng là cùng với sự hình thành ba phân tử ATP cho mỗi lần sử dụng của chuỗi vận chuyển điện tử.Mục đích của 7 bước khác trong dây chuyền vận chuyển điện tử là gồm 3 phần:- để di chuyển 2 ion H+ và 2e- để cuối cùng phản ứng với oxy.- để bảo tồn năng lượng bằng cách hình thành 3 phân tử ATP.- để tạo lại các coenzyme trở lại hình thức ban đầu như là tác nhân oxy hóa.Dây chuyền vận chuyển điện tử được bắt đầu bởi phản ứng của một sự chuyển hóa chất hữu cơ (trung gian trong các phản ứng trao đổi chất) với coenzyme NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide). Đây là một phản ứng oxy hóa có 2 nguyên tử hydro (hoặc 2 ion hydro và 2 electron)được tạo ra từ sự chuyển hóa chất hữu cơ. (Sự chuyển hóa chất hữu cơ thường từ chu trình axit citric và oxy hóa các axit béo – chi tiết ở trang sau) . Phản ứng này có thể được đại diện đơn giản, nơi M = cơ chất. MH2 + NAD+ → NADH + H+ H+ + M: + Năng lượng Một hydro được giải phóng với 2 electron như một ion hydrit (H-) trong khi khác bị giải phóng như là ion dương (H+). Cơ chất thường là một số loại rượu được oxi hóa thành một xêtôn. COMPLEX IBắt đầu của dây chuyền vận chuyển điện tử: Một khi NADH đã được tạo ra từ một cơ chất trong chu trình axit citric bên trong ty thể, nó tương tác với 1 enzym trước complex 1 được gọi là NADH reductase. Complex 1 này gồm 1 coenzyme flavin mononucleotit (FMN) nó tương tự như FAD. Chuỗi sự kiện đó là NADH, cộng với ion hydro khác tạo thành enzyme phức tạp và vượt qua dọc 2 ion hydro, cuối cùng đến khoảng không gian trong ty thể. Những ion hydro này, hoạt động như là một máy bơm, được xúc tác bởi ATP synthetase để tao ra một ATP vì mỗi lần hai ion hydro được sản xuất. Ba complex (1,3,4) hoạt động theo cách này để sản xuất ra 2 ion hydro mỗi lần,và do đó sẽ sản xuất 3ATP cho mỗi lần sử dụng của dây chuyền vận chuyển điện tử hoàn chỉnh. Thêm vào đó, NADH vận chuyển 2 điện tử đến đầu tiên là FMN, sau đó đến một protein sắt- lưu huỳnh (FeS) và cuối cùng đến coenzyme Q. Hiệu quả cuối cùng của những phản ứng này là để phục hồi lại coenzyme NAD+. Sự phục hồi của những chất phản ứng này xảy ra trong nhiều phản ứng để một hiệu ứng chu trình xảy ra. NAD+ đã sẵn sàng để phản ứng hơn nữa với cơ chất trong chu trình axit citric, Coenzym Q, nó nhận thêm 2 ion hydro để tạo ra CoQH2, được hòa tan trong màng lipit và có thể di chuyển qua màng để tiếp xúc với enzyme complex 3.Tóm lại, enzyme complex đầu tiên trong dây chuyền vận chuyển điện tử được kết hợp với sự hình thành ATP. Cặp phản ứng được viết: a/ MH2 + NAD+ → NADH + H+ + M + Năng lượng. b/ ADP + P + Năng lượng → ATP + H2OVận chuyển electron – Enzyme Complex 3: Coenzym QH2 mang một lần thêm 1 electron và ion hydro bây giờ bắt đầu một chuỗi các sự kiện thông qua enzyme complex 3, còn được gọi cytochrome bc reductase. Cytochrome rất giống cấu trúc của myglobin hoặc hemoglobin. Đặc trưng quan trọng là cấu trúc hem có chứa ion sắt, ban đầu ở trạng thái +3 và chuyển thành trạng thái +2 bằng cách thêm một điện tử. Các CoQH2 (màu vàng) mang theo 2 điện tử đầu tiên đến cytochrome (màu xanh) b1 nhân hem (Mg), sau đó nhân hem b2, sau đó đến một protein sắt- lưu huỳnh (màu xanh), sau đó đến cytochrome c1 (màu đỏ với nhân hem màu đen), và cuối cùng đến cytochrome c (không hiển thị màu). CoQ được đại diện bởi antimycin ức chế (màu vàng) trong đồ họa. Trong khi chờ đợi 2 ion hydro được chuyển đến khoảng không gian của ty thể để chuyển đổi cuối cùng vào ATP. Cytochrome c là một phân tử nhỏ nó cũng có thể di chuyển trong lớp màng lipit và khuếch tán về hướng cytochrome a complex 4. Trong khi chờ đợi 2 ion hydro được chuyển đến khoảng không gian của ty thể để chuyển đổi cuối cùng vào ATP. Cytochrome c - Tại thời điểm này nó tiếp tục vận chuyển electron, và cung cấp cho lần thứ ba và cuối cùng là 2 ion hydro được chuyển đến khoảng không gian của ty thể cho chuyển đổi cuối cùng vào ATP. ATP cũng được tìm thấy tại nhiều điểm trong màng kép của ty thể. 3 ATP được sản xuất bởi hoạt động bơm của sự xâm nhập của các ion hydro qua ATP synthetase. Cuối cùng, oxy được khuếch tán vào tế bào và ty thể cho phản ứng cuối cùng của quá trình chuyển hóa. Oxy nguyên tử phản ứng với 2 điện tử và 2 hydro để tạo ra một phân tử nước.CÁC THÀNH PHẦN THAM GIA VÀO CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ NAD+ là một coenzyme gồm vitamin B, nicotinamideFAD- Flavin adenine dinucleotit: Cấu trúc cũng tương tự như NAD+ ở chỗ nó chứa một vitamin – riboflavin, adenine, ribose, và photphat. Như thể nó là diphotphat, nhưng cũng được sử dụng như là monophotphat (FMN). Ở dạng FMN đó là tham gia vào enzyme đầu tiên complex của dâychuyền vận chuyển điện tử. Một FMN (Flavin adenine mononucleotite) như là một tác nhân oxi hóa được sử dụngđể phản ứng với NADH cho bước thứ hai trong dây chuyền vận chuyển điện tử. Phản ứng đơn giản là: NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+Lưu ý thực tế là hai hydro và 2 điện tử được “ thông qua” từ NADH đến FMN. Cũng lưu ý là NAD+ như là một sản phẩm được trở lại trạng thái ban đầu của nó như là một chất oxi hóa đã sẵn sàng bắt đầu chu kỳ trở lại. Bây giờ FMN đã được chuyển đổi sang chất khử và là điểm khởi đầu cho bước thứ ba.Coenzym Q hoặc Ubiquinone: Ubiquinone: Như tên gọi của nó cho thấy, nó phân bố rất rộng trong tự nhiên. Có một số khác biệt về độ dài của các đơn vị hydratcacbon bên chuỗi của các loài khác nhau. Tất cả các hình thức tự nhiên của CoQ là không hòa tan trong nước,nhưng hòa tan trong màng lipit nơi chúng có chức năng như những phần tử điện tử cơ động trong dây chuyền vận chuyển điện tử. Chuỗi hydrocacbon dài không phân cực CoQ hoạt động như một cầu nối giữa enzyme complex 1 và complex 3 hoặc giữa complex 2 và 3. Điện tử được chuyển từ NADH cùng với 2 hydro đến oxy liên kế đôi trong vòng benzene. Những lần lượt chuyển đổi cho các nhóm rượu. Sau đó các điện tử này được mang đến cytochrome trong enzyme complex 3.Công thức cấu tạo của Coenzym Q hoặc UbiquinoneCoenzyme A Mặc dù không sử dụng trong dây chuyền vận chuyển điện tử, Coenzym A là một nhân tác động chủ yếu nó được sử dụng để vận chuyển một đơn vị Cacbon số 2 thường được gọi là nhóm acetyl. Cấu trúc có nhiều tính năng phổ biến với NAD+ và FAD trong đó nó có disphotphat, ribose, và adenine. Ngoài ra nó có một vitamin được gọi là axit pantothenic, và cuối cùng bị chấm dứt bởi một nhóm thiol. Thiol (-SH) là lưu huỳnh tương tự của một rượu. Nhóm acetyl (CH3 = O) là gắn liền với các lưu huỳnh của CoA thông qua một loại liên kết thiol este. Acetyl CoA là quan trọng trong sự phá vỡ của các axit béo và là điểm khởi đầu trong chu trình axit citric.