19.9: Цепь переноса электронов

The Electron Transport Chain
JoVE Core
Cell Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Cell Biology
The Electron Transport Chain
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

16,509 Views

01:30 min
May 22, 2025

Overview

Цепь переноса электронов или окислительное фосфорилирование — это экзотермический процесс, в котором свободная энергия, высвобождающаяся при реакциях переноса электронов, связана с синтезом АТФ. Этот процесс является важным источником энергии в аэробных клетках, и поэтому ингибиторы цепи переноса электронов могут быть губительными для метаболических процессов в клетке.

Ингибиторы цепи переноса электронов

Ротенон, широко используемый пестицид, предотвращает перенос электронов из кластера Fe-S в убихинон или Q в комплексе I, блокируя сайт связывания Q. Ингибирование функции комплекса I приводит к увеличению продукции активных форм кислорода или АФК. Эта индуцированная ротенонами продукция АФК может быть вредной для митохондриальных компонентов, включая митохондриальную ДНК, и в конечном итоге может привести к гибели клеток.

Другим конкурентным ингибитором убихинона является карбоксин, мощный фунгицид, который вмешивается в Q-связывающий сайт на комплексе II. Связывание карбоксина препятствует переносу электронов от FADH2 к убихинону, тем самым блокируя дыхательную цепь.

Известно также, что некоторые антибиотики подавляют дыхательные цепные комплексы. Например, антимицин А, антибиотик, продуцируемый видами Streptomyces, вмешивается в сайт связывания убихинона комплекса III, тем самым блокируя Q-цикл. Отсутствие Q-цикла препятствует переносу электронов между субъединицами комплекса III, цитохромом b и цитохромом c, тем самым ингибируя цепь переноса электронов.

Иногда токсины, образующиеся в процессе метаболической деятельности клетки, могут выступать в качестве ингибитора функции митохондрий. Например, окись углерода, побочный продукт катаболизма гема, ингибирует комплекс IV, конкурируя с кислородом за участки связывания кислорода. Это приводит к накоплению электронов в комплексе III и приводит к генерации супероксидных радикалов.

Митохондриальная АТФ-синтаза, или комплекс V, ингибируется олигомицином, антибиотиком, который связывает и ингибирует его протонный канал. Это ингибирование предотвращает протекание протона через АТФ-синтазу, тем самым предотвращая вращательное движение комплекса, необходимого для каталитического превращения АДФ в АТФ.

В то время как эти токсины являются мощными ингибиторами дыхательных функций, они также могут выступать в качестве ценных агентов при изучении отдельных комплексов и кинетических исследованиях ферментов.

Transcript

Цепь переноса электронов или ETC является конечной стадией клеточного дыхания, где NADH и FADH2 начинают серию окислительно-восстановительных реакций.

В комплексе I NADH отдает два электрона через разные акцепторы электронов, уменьшая Q до QH2.

В комплексе II FADH2 переносит электроны через Fe-S в молекулу Q, образуя еще одну QH2.

QH2, образующийся в этих реакциях, затем диффундирует в комплекс III и переносит электроны в цитохром с помощью серии реакций, называемых Q-циклом.

Восстановленный цитохром с перемещается в комплекс IV, где после серии переносов электронов кислород принимает электроны и соединяется с протонами, образуя воду.

Когда электроны проходят через комплексы I, III и IV, высвобождающаяся энергия используется для закачки протонов в межмембранное пространство.

Затем накачанные протоны могут снижать свой градиент концентрации и активировать комплекс V или АТФ-синтазу для производства АТФ из АДФ и неорганического фосфата.

В целом, ETC производит 32 молекулы АТФ из одной молекулы глюкозы, что делает его основным энергетическим этапом клеточного дыхания.

Key Terms and definitions​

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for