معلومة

لماذا لا تنتشر البروتونات خارج الميتوكوندريا أثناء التناضح الكيميائي؟


إذا كان الغشاء الخارجي للميتوكوندريا منفذاً للغاية ، فكيف تحافظ الميتوكوندريا على تدرج بروتوني عن طريق ضخ البروتونات في الفضاء بين الغشاء؟ ألن ينتشروا في العصارة الخلوية؟


الانتشار ، حسب التعريف (قانون Ficks) يصف الحركة على طول أو عكس بعض التدرج (هنا تركيزه) حتى لو كانت آلية النقل مختلفة: نشط ، سلبي ، سهل. إعداد التدرج الكهروكيميائي عبر الغشاء ، مثل أي عملية ديناميكية حرارية ليست مثالية ، هناك دائمًا خسائر إنتروبيا. في هذه الحالة ، يتجلى هذا في انتشار البروتونات بعيدًا عن الغشاء (مصدر واحد ، وهناك مصدر آخر). لاحظ العلاقة بين إنتروبيا النظام (الميتوكوندريا) والانتشار (العملية غير الفعالة) في عملية التغذية الراجعة الإيجابية هذه. أعتقد أنه من المثير للاهتمام أن يتعلم شخص ما عن هذه الأشياء لإجراء هذه الروابط.

استرجاع البروتونات يتم تسليمها بحرية إلى البيئة (الفضاء بين الغشاء) بواسطة سلسلة نقل الإلكترون. سوف تنتشر بعض البروتونات بعيدًا عن سطح الغشاء قبل أن يتم ضخها مرة أخرى نظرًا لأن هذه الأنواع عالية الشحنة لا يمكن أن تنتشر بشكل سلبي مرة أخرى. تعتمد عملية التناضح الكيميائي ، والتي يتم الحفاظ عليها من خلال مدخلات الطاقة لدفع سينسيز ATP ، على الحفاظ على تدرج تركيز قوي ( فصل) من H.+ على جانبي الغشاء. نظرًا لأن الغشاء الخارجي للميتوكوندريا مسامي ، فهذا يعني أن البروتونات حرة في الانتشار ، وستفعل ذلك لأنها مواتية من الناحية الإنتروبية. أفضل وصف لهذه العلاقة هو $ ce { Delta G = RTln (K)} $. حيث $ ce {K = cfrac {[B]} {[A]}} $ لعملية $ ce {A rightleftharpoons B} $

أين أ= البروتونات بالقرب من الغشاء ، ب= البروتونات منتشرة. بعد إثبات أن هذه (البروتونات) ستنتشر بالديناميكا الحرارية[3]. يطرح السؤال هل سيصلون بالفعل إلى الغشاء الخارجي في وقت معقول.

بالطبع على مدى فترة طويلة بما يكفي من الوقت سوف يفعلون. ولكن على نطاق ذي مغزى مثل ثانية واحدة ، فإن معدل ضخ البروتون لمركب ATP synthase ، 100 ثانية-1 [5]، إلى أي مدى يمكن أن يصل البروتون بشكل مثالي ؟. بالعودة إلى حساب الغلاف (تجاهل أي تأثيرات مقاومة من المذيب والمسار وما إلى ذلك) وباستخدام بعض القيم التقريبية (لبروتينات الخميرة والميتوكوندريا):

من قانون معدل فيك ، ر، $ sqrt [3] {R} = sqrt [3] {D A cfrac {[H ^ +] _ c - [H ^ +] _ m} {d}} = 14 mu m $

لذلك في ثانية واحدة ، يمكن أن ينتشر البروتون المتوسط ​​بشكل مثالي 14 ميكرومترًا من الغشاء الداخلي ، مدفوعًا بالاختلاف في الرقم الهيدروجيني بين الغشاء والعصارة الخلوية. أعتقد أنني ربما يكون من العدل أن افترض أنه بناءً على ذلك تقوم الميتوكوندريا بتسريب البروتونات إلى محيطها القريب باستمرار. (بالنسبة للمقياس ، تبلغ الميتوكوندريا حوالي 100 نانومتر).

أتمنى أن يكون ذلك مفيدًا

القيم:

سمك الميتوكوندريا ، $ d $ ، يساوي 0.014 $ mu m $ [4]

$ ce {[H ^ +] _ m} $ عند الغشاء = $ ce {-log [H +] = 10 ^ (- 6.8)، [H +] = 10 ^ (- 6.8)} $ [6]

$ ce {[H ^ +] _ c} $ at في العصارة الخلوية = $ ce {[H +] = 10 ^ (- 7.40)} $

معامل الانتشار H+ في الوسط المائي $ D $ = 7000 $ mu m ^ 2 $ [2]

أ (مساحة السطح التي يتم من خلالها الانتشار) قمت بتعيين 0.025 $ mu m ^ 2 $ (تخمين من متوسط ​​خلية الوحدة للهيكل المتبلور لـ ETC Complex II في الخميرة).

المراجع:

  1. نيلسون وكوكس (2012). Lehninger ، مبادئ الكيمياء الحيوية ، الطبعة السادسة
  2. https://esc.fnwi.uva.nl/thesis/centraal/files/f1163457446.pdf
  3. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBKhttp://www.atpsynthase.info/FAQ.html
  4. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9245766
  5. http://www.atpsynthase.info/FAQ.html
  6. http://jgp.rupress.org/content/139/6/415.full

جائزة [1] لكل هيكل مرسوم بوضوح ومسمى بشكل صحيح.

جدار الخلية وندش مع بعض السماكة

غشاء البلازما & ndash يظهر كخط واحد أو رفيع جدا

السيتوبلازم بيلوس / بيلي وندش تظهر كخطوط مفردة

سوط / سوط وندش تظهر على أنها هياكل أكثر سمكًا وأطول من الشعيرة ومضمنة في جدار الخلية

70S الريبوسومات nucleoid / naked DNA

العرض التقريبي 0.5 & أمي / الطول التقريبي 2.0 & أمي

جائزة [4 كحد أقصى] إذا لم يكن للبكتيريا المسحوبة شكل عصية (مستطيل ذو زاوية مستديرة بطول ضعف عرضه تقريبًا).

جائزة [4 كحد أقصى] إذا تم تضمين أي هياكل حقيقية النواة.

يجب أن يتناقض كل من الحركات السلبية والإيجابية للحصول على علامة. جائزة [3 كحد أقصى] إذا لم يتم إعطاء أمثلة. لا يلزم إظهار الردود بتنسيق جدول.

يحدث أثناء التنفس الهوائي

تحدث الفسفرة المؤكسدة أثناء سلسلة نقل الإلكترون

يتم تمرير الهيدروجين / الإلكترونات بين الناقلات

أخيرًا انضم إلى الأكسجين (لإنتاج الماء)

يحدث في كرستيات الميتوكوندريا

الانقسام الكيميائي هو حركة البروتونات / أيونات الهيدروجين

تتحرك البروتونات / تتحرك مقابل تدرج تركيزها

في الفراغ بين الأغشية

تتدفق البروتونات عائدة إلى المصفوفة

من خلال سينثاز / سينثيتاز ATP (إنزيم)

يتم إطلاق الطاقة التي تنتج المزيد من ATP / تجمع بين ADP و Pi


كيف ينتج التشمُّل الكيميائي ATP؟

خلال كيميائي، الطاقة الحرة من سلسلة التفاعلات التي تشكل سلسلة نقل الإلكترون هي تستخدم لضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء ، وإنشاء تدرج كهروكيميائي. الانتاج من ATP باستخدام عملية كيميائي في الميتوكوندريا يسمى الفسفرة المؤكسدة.

علاوة على ذلك ، كيف يتم إنتاج 32 ATP؟ من السيتوبلازم يذهب إلى دورة كريبس مع الأسيتيل CoA. ثم يختلط مع أول أكسيد الكربون2 ويجعل 2 ATP، NADH ، و FADH. من هناك يذهب NADH و FADH إلى اختزال NADH ، والذي ينتج عنه الانزيم. من سلسلة نقل الإلكترون صدر تجعل أيونات الهيدروجين ADP للحصول على نتيجة نهائية لـ 32 ATP.

يجب أن تعرف أيضًا كيف يعمل Chemiosmosis؟

كيميائي هي الطريقة التي تستخدمها الخلايا لإنتاج ATP للطاقة. تنتقل الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون إلى الأكسجين ، حيث تولد الطاقة التي تضخ أيونات الهيدروجين ضد تدرج تركيزها من المصفوفة إلى الفضاء بين الأعضاء ، بحيث يمكن أن تتدفق إلى أسفل مرة أخرى.

ما هي عملية تخليق ATP؟

تخليق ATP يتضمن نقل الإلكترونات من الفضاء بين الغشاء ، عبر الغشاء الداخلي ، والعودة إلى المصفوفة. يوفر الجمع بين المكونين طاقة كافية لـ ATP يتم تصنيعه بواسطة المركب متعدد الإنزيمات V للميتوكوندريا ، والمعروف بشكل عام باسم سينسيز ATP.


عرض ما بعد الجينوم للفيزيولوجيا البيئية ، والتقويض والملاءمة التكنولوجية الحيوية لبدائيات النوى المختزلة للكبريتات

رالف رابوس. Inês A.C. Pereira ، في التقدم في فسيولوجيا الميكروبات ، 2015

4.2.2.4 Ech and Coo

بديل لـ Rnf لاقتران أكسدة / اختزال الفيروكسين بالتناضح الكيميائي هو غشاء هيدروجينيز الحفاظ على الطاقة Ech و Coo. تنتمي هذه الهيدروجين ذات الصلة الوثيقة إلى مجموعة فرعية من هيدروجينازات الهيدروجين (NiFe) المرتبطة بغشاء متعدد الوحدات ، والتي لها وحدات فرعية مرتبطة بالوحدات الفرعية للمركب I ، ولكنها لا تتفاعل مع الكينونات (Fox، He، Shelver، Roberts، & amp Ludden، 1996 Hedderich & amp Forzi، 2005 Vignais & amp Billoud، 2007). إنها تحفز تقليل H + مع الفيروكسين المقترن بالحفاظ على الطاقة الكيميائية ، أو تقليل الفيروكسين مع H2 مدفوعة بنقل الإلكترون العكسي (Meuer، Kuettner، Zhang، Hedderich، & amp Metcalf، 2002). في SRP ، توجد هذه الهيدروجين في الغالب في Desulfovibrionaceae (بيريرا وآخرون ، 2011 رودريغز ، فالينتي ، بيريرا ، أوليفيرا ، وأمبير رودريغيز بوسادا ، 2003). في د. الشائع، لا يتم تنظيم Coo hydrogenase بواسطة CO (Rajeev et al. ، 2012) ، كما ورد في الإنزيم من رودوسبيريلوم روبوم (Fox et al. ، 1996) ، ويظهر تعبيرًا كبيرًا أثناء النمو باستخدام اللاكتات / الكبريتات ، على عكس Ech (Keller & amp Wall ، 2011). أثناء النمو مع الهيدروجين / الكبريتات ، فإن التعبير عن ech يتم تنظيم الجينات ، بينما يتم تنظيم الجينات الخاصة بـ سجع يتم تنظيم الجينات (بالنسبة لظروف اللاكتات / الكبريتات) (بيريرا ، هي ، فالينتي ، وآخرون ، 2008). تبين أن Coo hydrogenase ضروري للنمو التخليقي لـ د. الشائع مع الميثانوجين في وجود اللاكتات ، ولكن ليس للنمو مع اللاكتات / الكبريتات (ووكر ، ستوليار ، وآخرون ، 2009). في د. جيجا، والتي تحتوي فقط على Ech و HynAB periplasmic NiFe hydrogenases ، a ΔechBC لم تتأثر السلالة في النمو مع اللاكتات H2 أو البيروفات مع الكبريتات أو التخمير (Morais-Silva، Santos، Rodrigues، Pereira، & amp Rodrigues-Pousada، 2013).


علم الرياضيات الحيوي المتكامل 2017: الاقتران الضروري بين تقاليد الفكر الغربي والشرقي لاستكشاف طبيعة العقل والحياة

John S. Torday، William B. Miller Jr.، in Progress in Biophysics and Molecular Biology، 2017

الملخص

تتيح الظروف الحدودية الحياة الخلوية من خلال الإتجاه السلبي ، والتناضح الكيميائي ، والتوازن كمبادئ أولية لعلم وظائف الأعضاء. ينشأ الوعي الذاتي المرجعي للوضع من هذه الدولة المنظمة للحفاظ على ضرورات الاستتباب. يعتمد الوضع المتماثل المفضل على تقييم المعلومات واتصالاتها. ومع ذلك ، بين الكيانات الحية ، فإن مصادر المعلومات ونشرها دائمًا ما تكون غير دقيقة. وبالتالي ، توجد النظم الحية في حالة فطرية من الغموض. تم تقديم أن الحياة الخلوية والتطور التطوري هما استجابة خلوية ذاتية التنظيم لعدم اليقين في التوافق التكراري مع معلمات البدء القاعدية. إن النظر إلى ظروف الحياة بهذه الطريقة يسمح بتوحيد منطقي بين الاختزال العقلاني الغربي والكلية الشرقية.


ما هو استخدام القوة المحركة للبروتون؟

انها فرض مع ماذا البروتونات التحرك في التفاعلات الحمضية القاعدية. انها فرض ينتج عنه تكوين (تخليق) جزيء عالي الطاقة. إنه شكل من أشكال الطاقة ينشأ بسبب الاختلافات في الأس الهيدروجيني عبر بيولوجي أغشية.

بالإضافة إلى ذلك ، ما هو اختبار القوة المحركة للبروتون؟ بروتون-القوة الدافعة. التوزيع الغني بالطاقة وغير المتكافئ لـ البروتونات مثبتة عبر الغشاء. مكونان من بروتون-القوة الدافعة. 1. التدرج الكيميائي - تدرج تركيز البروتونات يحدد اختلافات الأس الهيدروجيني عبر الغشاء.

يجب أن تعرف أيضًا ، ما هما عنصرا القوة المحركة للبروتون؟

القوة المحركة للبروتون عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي (& Deltap) مكونان: جهد الغشاء (& Delta & Psi) وتدرج تركيز البروتون (& DeltapH).

كيف يختلف التناضح الكيميائي عن القوة الدافعة للبروتون؟

كما هو محدد ، كيميائي هي عملية انتشار الأيونات (عادةً أيونات H + ، والمعروفة أيضًا باسم البروتونات) عبر غشاء قابل للاختراق بشكل انتقائي. يتشكل تدرج التركيز هذا عن طريق هجرة الأيونات التي يمكن استخدامها في الأعمال الميكانيكية ، وتسمى هذه الظاهرة بروتون القوة الدافعة.


الملخص

قبل 50 عامًا ، اقترح بيتر ميتشل فرضية التناضح الكيميائي التي من أجلها حصل على جائزة نوبل للكيمياء في عام 1978. تمت إعادة طبع مراجعته الشاملة عن الاقتران الكيميائي المعروف باسم "الكتاب الرمادي" الأول هنا بعد الحصول على إذن ، لتقديم سجل إلكتروني و سهولة الوصول إلى هذه المساهمة الهامة في الأدبيات البيوكيميائية. هذا الحساب الرائع لأفكار Peter Mitchell & # x27s الذي نُشر في الأصل عام 1966 هو منشور تاريخي ويجب قراءته لأي عالم في مجال الطاقة الحيوية. وبقدر الإمكان ، تم الإبقاء على صيغة المنشور الأصلي وشكله. كانت بعض التغييرات مطلوبة للتوافق مع تنسيقات BBA على الرغم من أنها لا تؤثر على المعنى العلمي. يتم أيضًا توفير نسخة ممسوحة ضوئيًا من المنشور الأصلي كملف قابل للتنزيل في المعلومات التكميلية. انظر أيضًا الافتتاحية في هذا العدد بقلم بيتر ر. العنوان الأصلي: الاقتران الكيميائي في الفسفرة المؤكسدة والضوئية ، بقلم بيتر ميتشل ، مختبرات جلين للأبحاث ، بودمين ، كورنوال ، إنجلترا.


تحلل السكر والتنفس الخلوي - الفسفرة التأكسدية

عدنا إلى الممرات وما زلنا في الميتوكوندريا. لا يمكننا الحصول على ما يكفي. هذه هي لعبة المكافآت الخاصة بنا ولكنها أيضًا الجولة الأكثر أهمية ، لأننا الآن سنحول الرموز المميزة الخاصة بنا من دورة حامض الستريك (NADH و FADH2) في تذاكر (ATP). هذا هو المكان الذي يأتي منه الجزء الأكبر من ATP في التنفس الخلوي - ليس تحلل السكر ولا دورة حمض الستريك ، ولكن الفسفرة التأكسدية.

إذا قمنا بتقسيمها ، فليس من الصعب للغاية معرفة ما تعنيه هذه العبارة الطويلة. يجب أن يكون لـ "المؤكسد" علاقة بالأكسدة ، والتي تتضمن نقل الإلكترونات. "الفسفرة" مصطلح رأيناه سابقًا ، وهو يعني إضافة مجموعات الفوسفات. بتجميعها معًا ، يجب أن نتحدث عن تفاعلات الأكسدة والاختزال وإضافات الفوسفات ، والتي لا تختلف كثيرًا عما تعاملنا معه في تحلل السكر ودورة حمض الستريك.

الغرض الرئيسي من الفسفرة المؤكسدة هو نقل الإلكترونات من NADH و FADH2 واستخدامها لتشغيل إنتاج ATP. وبالمثل ، فإن النقطة الأساسية في لعب ألعاب الأركيد هي الفوز بتذاكر لجوائز (حسنًا ، وربما للاستمتاع وكسب درجات عالية لإثارة إعجاب أصدقائنا).

تحدث الفسفرة المؤكسدة في خطوتين: سلسلة نقل الإلكترون والتناضح الكيميائي. لنأخذ هذه الخطوات واحدة تلو الأخرى ونقسمها.

أبجديات ETC

نحب أن نطلق على سلسلة نقل الإلكترون اسم ETC. إنه نوع من مثل EAC (تيار شرق أستراليا) في العثور على نيمو، باستثناء ETC ، ينقل الإلكترونات بدلاً من الأسماك والسلاحف البحرية.

جميع تفاصيل ETC التي نحن بصدد مناقشتها خاصة بالتنفس الخلوي وتحدث في الميتوكوندريا. هناك سلاسل نقل إلكترونية أخرى تعمل في البلاستيدات الخضراء وعبر غشاء البلازما في بدائيات النوى ، وعلى الرغم من تشابهها ، إلا أنها ليست ما يدور حوله أي من هذا.

جزء لا يتجزأ من الغشاء الداخلي للميتوكوندريا عبارة عن مجمعات بروتينية ، وهي في الأساس نقاط من البروتين. هذه النقط مرقمة I و II و III و IV (مرة أخرى مع التسمية الإبداعية). بعض البروتينات عبارة عن ناقلات إلكترون والبعض الآخر عبارة عن مضخات بروتينية. أذكر أنه خلال دورة حمض الستريك ، NADH و FADH2 كانت مخرجاتنا. هؤلاء الرجال يتسكعون في مصفوفة الميتوكوندريا في انتظار تحميل إلكتروناتهم الصغيرة على ETC.

تؤدي الإلكترونات التي تقفز على ETC إلى أكسدة NADH. تتدفق هذه الإلكترونات من مركب بروتيني إلى التالي بترتيب النقطة المتسلسل (الأول والثاني والثالث ثم الرابع). في نهاية ETC ، تنتظر ذرة أكسجين وحيدة بصبر أن يتم تقليلها. تتحد الإلكترونات من مركب البروتين الرابع مع الأكسجين وتنتزع بضعة بروتونات لتكوين الماء (H2س). الأكسجين هو المحطة الأخيرة في سلسلة الأحداث الجامحة هذه ، ولهذا نسميها متقبل الإلكترون الطرفي.

مجمعات البروتين الأول والثاني عبارة عن ناقلات إلكترون ، لكن المجمعين الثالث والرابع يقومان بعمل مزدوج. فهي لا تنقل الإلكترونات إلى أسفل ETC فحسب ، بل تعمل أيضًا كمضخات بروتون. يستخدم Blob III طاقة الإلكترون (المعروف أيضًا باسم الكهرباء) لضخ أيونات الهيدروجين (المعروف أيضًا باسم البروتونات) عبر الغشاء إلى الفضاء بين الغشاء.

FADH2 يريد أن يشارك في الحدث أيضًا ، لكن NADH يستحوذ على ETC لنفسه إلى حد كبير. هذا لأننا أنشأنا الكثير من NADH خلال دورة كريبس (عشرة NADH مقارنة مع اثنين من FADH2). FADH2 يجب أن يستمر في المحطة الثانية ، مركب البروتين II ، لكنه يتبع نفس الخطوات بعد ذلك. لا يزال الأكسجين هو المستقبل النهائي للإلكترون ، ولا يزال ينتج الماء. ومع ذلك ، منذ FADH أقل بكثير2 تتدلى الجزيئات ، وهناك عدد أقل من الإلكترونات التي تدخل في السلسلة وبالتالي ، يمكن تصنيع أقل من ATP من FADH2. آسف يا صاح.


بينما تركب الإلكترونات ETC ، يتم ضخ البروتونات في الفضاء بين الغشاء.

Chemiosmosis ونحن انتهينا

تمام. أخذت بعض الإلكترونات جولة على ETC. وماذا في ذلك؟ تسببت فقاعات البروتين التي تضخ البروتونات عبر الغشاء في حدوث القليل من الشقوق. لدينا تركيز عالٍ من البروتونات خارج الغشاء ، ونعلم جميعًا أن الخلايا تحب الحفاظ على التوازن. تنزعج البروتونات وتريد العودة من خلال الغشاء. لكن لا نرد. مضخات البروتون هي طريق ذو اتجاه واحد. سيتعين عليهم الذهاب. لحسن الحظ ، هناك زقاق.

هناك قنوات متخصصة في الغشاء يمكن للبروتونات أن تتدفق من خلالها. تتشكل هذه القنوات بواسطة إنزيم يسمى سينسيز ATP. وماذا تفعل سينسيز ATP؟ اصنع ATP ، بالطبع. يسمى تدفق البروتونات عبر قناة سينسيز ATP وعبر الغشاء الداخلي كيميائي.

الكلمة كيميائي عبارة عن مزيج من "مادة كيميائية" و "تناضح" ، وهي مجرد طريقة رائعة للقول أن الأيونات تتحرك عبر الغشاء. عندما يتدفق الماء عبر غشاء ، يطلق عليه التناضح ، والتناضح الكيميائي عملية مشابهة جدًا. في كلتا الحالتين ، تنتشر الجسيمات من منطقة عالية التركيز إلى منطقة ذات تركيز أقل. يحتوي التدرج في تركيز البروتون المرتفع إلى المنخفض على طاقة كامنة ويمكن استخدامه لتشغيل سينسيز ATP.

يصنع سينسيز ATP ATP عن طريق الجمع بين ADP ومجموعة الفوسفات. فكر في سينسيز ATP كمحرك مدفوع بالبروتونات. يوفر التدفق المستمر للبروتونات التي تتدفق عبر القناة القدرة على صنع ATP. بنفس الطريقة التي يمكن أن يحرك بها الماء المتدفق عجلة مائية ، تحرك البروتونات عجلة سينثيز ATP.


يصنع سينسيز ATP قناة البروتون الخاصة به للحصول على البروتونات اللازمة لتخليق ATP.

دعونا نحسب النتيجة. من دورة حامض الستريك ، حصلنا على عشرة جزيئات من NADH واثنين من FADH2. أدت أكسدة جزيء واحد من NADH أثناء OP إلى تكوين ثلاثة ATP. هذا يعطينا 30 ATP. FADH2 أدت الأكسدة إلى اثنين من ATP (أربعة في المجموع). في هذه الجولة من لعبة الكرة والدبابيس ، فزنا بـ 34 تذكرة. رائع! درجة عالية! هذا يعني أن عملية الفسفرة المؤكسدة تنتج 34 جزيء من ATP لكل جزيء جلوكوز.

أربعة وثلاثون جزيء ATP ... هل نحن على يقين؟ من الأفضل إبطاء لفة الخاص بك. ستقوم العديد من المصادر بالإبلاغ عن نطاق لـ ATP الذي تم إنشاؤه أثناء OP بدلاً من رقم محدد. هذا لأن NADH الناتج أثناء تحلل السكر عالق في سيتوبلازم الخلية ، بينما تحدث كل من دورة كريبس و OP في الميتوكوندريا. غشاء الميتوكوندريا منيع لـ NADH - هذا الشيء مغلق.

في بعض الأحيان ، يمكن لـ NADH أن يقطع طريقًا ويجد طريقه إلى الميتوكوندريا حتى يتأكسد لتخليق ATP ، وأحيانًا يفوت الحافلة. نظرًا لأن كل جزيء من NADH قادر على إنتاج ثلاثة جزيئات ATP ، إذا لم يتم حساب الفصلين من تحلل السكر ، فسيتم تصنيع ستة جزيئات أقل من ATP.

من الناحية المثالية ، 34 ATP هو الهدف (والرقم الذي يجب تذكره للاختبار). ومع ذلك ، على الرغم من أن هذه الخلايا جيدة التزييت ، إلا أنها ليست مثالية.

وجبة الدماغ الخفيفة

تنمو الخلايا السرطانية وتسبب الأورام ، جزئيًا ، عن طريق تحور الميتوكوندريا بحيث تكون الخلايا مقاومة لموت الخلايا المبرمج ، أو موت الخلايا. إذا لم تموت الخلايا في الوقت المناسب ، فإنها تتراكم على شكل كتل من الأنسجة مسببة الأورام.

لقد وجد العلماء أن هذه الطفرات في الميتوكوندريا غالبًا ما يكون لها تأثير جانبي غير مقصود: فالخلية غير قادرة على إجراء الفسفرة المؤكسدة وإنتاج تلك 34 ATP 9. بدون محطة توليد الطاقة في OP ، يجب أن تعتمد الخلايا السرطانية على تحلل السكر وحده للحصول على طاقتها. بدأ الباحثون في التركيز على طفرات الميتوكوندريا لإيجاد علاجات جديدة للسرطان.


نظرية التناضح الكيميائي

قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم منح جائزة نوبل في الكيمياء لعام 1978
الدكتور بيتر ميتشل، Glynn Research Laboratories ، Bodmin ، Cornwall ، المملكة المتحدة ، لمساهمته في فهم نقل الطاقة البيولوجية من خلال صياغة نظرية التناضح الكيميائي.

نظرية التناضح الكيميائي لنقل الطاقة

ولد بيتر ميتشل في ميتشام ، في مقاطعة ساري ، إنجلترا ، في 29 سبتمبر 1920. كان والديه ، كريستوفر جيبس ​​ميتشل وكيت بياتريس دوروثي (ني) تابلين ، مختلفين تمامًا عن بعضهما البعض من حيث المزاج. كانت والدته شخصية خجولة ولطيفة ذات تفكير وعمل مستقل للغاية ، وذات إدراك فني قوي. نظرًا لكونها عقلانيًا وملحدًا ، فقد علمته أنه يجب عليه تحمل المسؤولية عن مصيره ، وخاصة عن إخفاقاته في الحياة. سن حوالي خمسة عشر عاما. كان والده شخصًا تقليديًا أكثر بكثير من والدته ، وحصل على وسام O.B.E. لنجاحه كموظف مدني.

تلقى بيتر ميتشل تعليمه في كلية كوينز ، تونتون ، وفي كلية جيسوس ، كامبريدج. في كوينز ، استفاد بشكل خاص من تأثير مدير المدرسة ، سي إل وايزمان ، الذي كان مدرسًا ممتازًا للرياضيات وموسيقيًا هاوًا بارعًا. كانت نتيجة امتحان المنحة التي أجراها لدخول كلية جيسوس في كامبريدج سيئة للغاية لدرجة أنه لم يتم قبوله في الجامعة إلا بناءً على رسالة شخصية كتبها سي إل وايزمان. التحق بكلية جيسوس بعد بدء الحرب مع ألمانيا في عام 1939. في الجزء الأول من تريبوس للعلوم الطبيعية درس الفيزياء والكيمياء وعلم وظائف الأعضاء والرياضيات والكيمياء الحيوية وحصل على نتيجة من الدرجة الثالثة. في الجزء الثاني ، درس الكيمياء الحيوية ، وحصل على نتيجة II-I لشهادته مع مرتبة الشرف.

قبل منصبًا بحثيًا في قسم الكيمياء الحيوية ، كامبريدج ، في عام 1942 بدعوة من J.F. Danielli. لقد كان محظوظًا جدًا لكونه حصل على درجة الدكتوراه من دانييلي # 8217s فقط. طالب في ذلك الوقت ، واستمتعت كثيرًا واستفادت من أسلوب دانييلي الودي وغير السلطوي للإشراف على البحث. قدمه دانييللي إلى ديفيد كيلين ، الذي أصبح يحبه ويحترمه أكثر من أي عالم آخر من معارفه.

حصل على درجة الدكتوراه. في أوائل عام 1951 للعمل على طريقة عمل البنسلين ، وشغل منصب معيد في قسم الكيمياء الحيوية ، كامبريدج ، من 1950 إلى 1955. في عام 1955 ، دعاه البروفيسور مايكل سوان لإنشاء وإدارة وحدة أبحاث الكيمياء الحيوية ، تسمى وحدة البيولوجيا الكيميائية ، في قسم علم الحيوان ، جامعة إدنبرة ، حيث تم تعيينه في منصب محاضر كبير في عام 1961 ، في قسم القراء في عام 1962 ، حيث ظل هناك حتى أدت القرحة المعدية الحادة إلى استقالته بعد فترة من الإجازة في عام 1963.

من عام 1963 إلى عام 1965 ، انسحب كليًا من البحث العلمي ، وعمل كمهندس معماري وخبير في الأعمال ، وأشرف بشكل مباشر على ترميم قصر جذاب بواجهة ريجنسي ، يُعرف باسم Glynn House ، في وادي جلين المشجر الجميل ، بالقرب من بودمين ، وكورنوال & # 8211 تكييف وتأثيث جزء كبير منه لاستخدامه كمختبر للأبحاث. في هذا ، كان محظوظًا لتلقي الدعم الحماسي من زميلته البحثية السابقة جنيفر مويل. أسس هو وجينيفر مويل شركة خيرية ، تُعرف باسم Glynn Research Ltd. ، لتعزيز البحوث البيولوجية الأساسية وتمويل عمل مختبرات أبحاث جلين في جلين هاوس. تبرع بيتر ميتشل وشقيقه الأكبر كريستوفر جون ميتشل بالوقف الأصلي البالغ حوالي 250 ألف جنيه إسترليني.

في عام 1965 ، شرع بيتر ميتشل وجينيفر مويل ، بمساعدة عملية من أحد الفنيين ، روي ميتشل (غير المرتبط ببيتر ميتشل) ، وبمساعدة إدارية من سكرتير الشركة ، في برنامج البحث حول التفاعلات الكيميائية وأنظمة التفاعل التي من أجلها أصبح معهد جلين للأبحاث معروفًا. منذ إنشائه ، لم يكن لدى معهد جلين للأبحاث موارد مالية كافية لتوظيف أكثر من ثلاثة باحثين ، بما في ذلك مدير البحوث ، على طاقمه الدائم. استمر في العمل كمدير للبحوث في معهد جلين للأبحاث حتى الوقت الحاضر. أدى النقص الحاد في الأموال مؤخرًا إلى احتمال أن يضطر معهد جلين للأبحاث إلى الإغلاق.

درس ميتشل الميتوكوندريا ، وهي العضية التي تنتج الطاقة للخلية. يتكون ATP داخل الميتوكوندريا عن طريق إضافة مجموعة فوسفات إلى ADP في عملية تعرف باسم الفسفرة المؤكسدة. كان ميتشل قادرًا على تحديد كيفية توزيع الإنزيمات المختلفة المشاركة في تحويل ADP إلى ATP داخل الأغشية التي تقسم الجزء الداخلي من الميتوكوندريا. لقد أظهر كيف تسهل هذه الإنزيمات وترتيب # 8217 استخدام أيونات الهيدروجين كمصدر للطاقة في تحويل ADP إلى ATP.

بدأت ورقة Peter Mitchell & # 8217s 1961 التي قدمت فرضية التناضح الكيميائي ثورة ترددت أصداء ما وراء الطاقة الحيوية لتشمل جميع البيولوجيا ، وشكلت فهمنا للآليات الأساسية للحفاظ على الطاقة البيولوجية ، ونقل الأيونات والمستقلبات ، والحركة البكتيرية ، وهيكل العضيات والتركيب الحيوي ، وهيكل الغشاء والوظيفة ، الاستتباب ، تطور خلية حقيقيات النوى ، وفي الواقع كل جانب من جوانب الحياة تلعب فيه هذه العمليات دورًا. جائزة نوبل في الكيمياء عام 1978، الذي مُنح لبيتر ميتشل باعتباره المتلقي الوحيد ، اعترف بمساهمته الغالبة في إثبات صحة فرضية التناقض الكيميائي ، وحكم الواقع ، النضال الطويل لإقناع مؤسسة معادية في البداية.

جائزة نوبل في الكيمياء لنقل الطاقة البيولوجية

تم إجراء بحث Mitchell & # 8217s في مجال الكيمياء الحيوية غالبًا ما يشار إليه في السنوات الأخيرة باسم & # 8216bioenergetics & # 8217 ، وهي دراسة العمليات الكيميائية المسؤولة عن إمداد الخلايا الحية بالطاقة. تتطلب عمليات الحياة ، مثلها مثل جميع الأحداث التي تنطوي على عمل ، طاقة ، ومن الطبيعي تمامًا أن أنشطة مثل تقلص العضلات ، والتوصيل العصبي ، والنقل النشط ، والنمو ، والتكاثر ، بالإضافة إلى تخليق جميع المواد اللازمة لتنفيذ وتنظيم هذه الأنشطة ، لا يمكن أن تتم بدون إمدادات كافية من الطاقة.

لقد ثبت الآن أن الخلية هي أصغر كيان بيولوجي قادر على التعامل مع الطاقة. تشترك جميع الخلايا الحية في القدرة ، عن طريق الإنزيمات المناسبة ، على استخلاص الطاقة من بيئتها ، وتحويلها إلى شكل مفيد بيولوجيًا ، واستخدامها لقيادة عمليات تتطلب طاقة مختلفة. يمكن لخلايا النباتات الخضراء وكذلك بعض البكتيريا والطحالب التقاط الطاقة عن طريق الكلوروفيل مباشرة من ضوء الشمس & # 8211 المصدر النهائي للطاقة لجميع أشكال الحياة على الأرض & # 8211 واستخدامها ، من خلال التمثيل الضوئي ، لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء في مركبات عضوية. تعتمد الخلايا الأخرى ، بما في ذلك تلك الموجودة في جميع الحيوانات والعديد من البكتيريا ، اعتمادًا كليًا في وجودها على المركبات العضوية التي تتناولها كمغذيات من بيئتها. من خلال عملية تسمى التنفس الخلوي ، تتأكسد هذه المركبات بواسطة الأكسجين الجوي إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

أثناء كل من التمثيل الضوئي والتنفس ، يتم حفظ الطاقة في مركب يسمى أدينوزين ثلاثي الفوسفات ، والمختصر باسم ATP. عندما يتم تقسيم ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) والفوسفات غير العضوي (Pi) ، يتم تحرير كمية كبيرة نسبيًا من الطاقة ، والتي يمكن استخدامها ، في وجود إنزيمات معينة ، لدفع العمليات المختلفة التي تتطلب الطاقة. وبالتالي ، يمكن اعتبار ATP بمثابة عملة الطاقة العالمية # 8216 & # 8217 للخلايا الحية. عادة ما تسمى العمليات التي يتكون بها ATP من ADP و Pi أثناء عملية التمثيل الضوئي والتنفس & # 8216 الفسفرة الضوئية & # 8217 و & # 8216 الفسفرة المؤكسدة & # 8217 ، على التوالي. تشترك العمليتان في العديد من الميزات ، في كل من تركيبتهما الإنزيمية & # 8211 كلاهما يشتمل على تفاعل بين الإنزيمات المؤكسدة (نقل الإلكترون) والإنزيمات الفسفورية # 8211 وفي ارتباطها بالأغشية الخلوية. في الخلايا العليا ، تحدث الفسفرة الضوئية والفسفرة المؤكسدة في عضيات محددة محاطة بالغشاء ، والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا ، على التوالي في البكتيريا ، وترتبط هاتان العمليتان بغشاء الخلية.

تم تحديد المفاهيم المذكورة أعلاه على نطاق واسع بحلول بداية الستينيات ، لكن الآليات الدقيقة التي يقترن بها نقل الإلكترون إلى تخليق ATP في الفسفرة المؤكسدة وفي الفسفرة الضوئية ظلت غير معروفة. تمت صياغة العديد من الفرضيات ، خاصة فيما يتعلق بآلية الفسفرة المؤكسدة ، ومعظمها افترض وجود تفاعل كيميائي مباشر بين الإنزيمات المؤكسدة والفوسفورية. على الرغم من البحث المكثف في العديد من المختبرات ، إلا أنه لا يمكن الحصول على دليل تجريبي لأي من هذه الفرضيات. في هذه المرحلة ، في عام 1961 ، اقترح ميتشل آلية بديلة لاقتران نقل الإلكترون إلى تخليق ATP ، بناءً على تفاعل غير مباشر بين إنزيمات الأكسدة والفوسفور. واقترح أن تدفق الإلكترونات من خلال إنزيمات الجهاز التنفسي أو سلاسل نقل الإلكترون التي تعمل بالتمثيل الضوئي يقود أيونات الهيدروجين موجبة الشحنة ، أو البروتونات ، عبر أغشية الميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء ، والخلايا البكتيرية. نتيجة لذلك ، يتم إنشاء تدرج بروتوني كهروكيميائي عبر الغشاء. يتكون التدرج من عنصرين: اختلاف في تركيز أيون الهيدروجين ، أو pH ، والاختلاف في الجهد الكهربائي ، ويشكل الاثنان معًا ما يسميه ميتشل & # 8216 القوة الدافعة & # 8217. توليف ATP مدفوع بتدفق عكسي للبروتونات أسفل التدرج اللوني. تم تسمية اقتراح Mitchell & # 8217s & # 8216chemiosmotic theory & # 8217.

استقبلت هذه النظرية لأول مرة بالتشكيك ، ولكن على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، أظهر العمل في كل من Mitchell & # 8217s والعديد من المختبرات الأخرى أن الافتراضات الأساسية لنظريته صحيحة. على الرغم من أن التفاصيل المهمة للآليات الجزيئية الأساسية لا تزال غير واضحة ، فإن نظرية التناضح الكيميائي مقبولة بشكل عام الآن كمبدأ أساسي في علم الطاقة الحيوية. توفر هذه النظرية أساسًا منطقيًا للعمل المستقبلي على الآليات التفصيلية للفسفرة المؤكسدة والفسفرة الضوئية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مفهوم نقل الطاقة البيولوجية بواسطة القوة المحركة للبروتون (أو & # 8216 بروتوتيكتي & # 8217 ، كما بدأ ميتشل مؤخرًا في تسميته في تشبيه بالكهرباء) قد ثبت بالفعل أنه قابل للتطبيق على العمليات الخلوية الأخرى التي تتطلب الطاقة. وتشمل هذه امتصاص المغذيات عن طريق الخلايا البكتيرية ، والنقل الخلوي وداخل الخلايا للأيونات والمستقلبات ، وإنتاج الحرارة البيولوجية ، والحركة البكتيرية ، وما إلى ذلك. الخلايا الحيوانية ، والتي تعد المحولات الرئيسية للطاقة من التنفس ، تشبه بشكل ملحوظ أنظمة الخلايا الشمسية وخلية الوقود المصغرة. لذلك فإن اكتشافات Mitchell & # 8217s مثيرة للاهتمام وذات قيمة محتملة ، ليس فقط لفهم أنظمة نقل الطاقة البيولوجية ولكن أيضًا فيما يتعلق بتقنية تحويل الطاقة.


ما المقصود بالقوة المحركة للبروتون؟

ال بروتون القوة الدافعة يحدث عندما يتم تنشيط غشاء الخلية بسبب تفاعلات نقل الإلكترون بواسطة ناقلات الإلكترون المضمنة فيه. في الأساس ، يتسبب هذا في أن تعمل الخلية كبطارية صغيرة. يمكن استخدام طاقتها على الفور للقيام بعمل ، مثل سوط القوة ، أو تخزينها في وقت لاحق في ATP.

ما هي القوة المحركة للبروتون؟ بروتون-القوة الدافعة. التوزيع الغني بالطاقة وغير المتكافئ لـ البروتونات مثبتة عبر الغشاء. مكونان من بروتون-القوة الدافعة. 1. التدرج الكيميائي - تدرج تركيز البروتونات يحدد اختلافات الأس الهيدروجيني عبر الغشاء.

لذلك ، ما هي القوة المحركة للبروتون المستخدمة؟

ال بروتون-القوة الدافعة تم إنشاؤها عن طريق ضخ خارج البروتونات بواسطة مجمعات السلسلة التنفسية يوجد في الميتوكوندريا في معظم الأنسجة بشكل رئيسي اعتدت ان نقل البروتونات من خلال مركب سينسيز ATP ، مما يؤدي إلى تكوين ATP من ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) والفوسفات.

ما هما عنصرا القوة المحركة للبروتون؟

القوة المحركة للبروتون عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي (& Deltap) مكونان: جهد الغشاء (& Delta & Psi) وتدرج تركيز البروتون (& DeltapH).


شاهد الفيديو: #7 Mitochondria الميتوكوندريا. Biology (كانون الثاني 2022).