معلومة

7.4 أ: سلسلة نقل الإلكترون - علم الأحياء

7.4 أ: سلسلة نقل الإلكترون - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تستخدم سلسلة نقل الإلكترونات الإلكترونات من ناقلات الإلكترون لإنشاء تدرج كيميائي يمكن استخدامه لتشغيل الفسفرة المؤكسدة.

أهداف التعلم

  • صف كيف تتحرك الإلكترونات خلال سلسلة نقل الإلكترون

النقاط الرئيسية

  • الفسفرة المؤكسدة هي المسار الأيضي الذي تنتقل فيه الإلكترونات من متبرع الإلكترون إلى متقبلات الإلكترون في تفاعلات الأكسدة والاختزال. هذه السلسلة من التفاعلات تطلق الطاقة التي تستخدم في تكوين ATP.
  • هناك أربعة مجمعات بروتينية (معقد I-IV) في سلسلة نقل الإلكترون ، والتي تشارك في نقل الإلكترونات من NADH و FADH2 للأكسجين الجزيئي.
  • ينشئ المركب I تدرج أيون الهيدروجين عن طريق ضخ أربعة أيونات الهيدروجين عبر الغشاء من المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء.
  • يستقبل المركب II FADH2، والذي يتجاوز المركب I ، ويسلم الإلكترونات مباشرة إلى سلسلة نقل الإلكترون.
  • يقبل Ubiquinone (Q) الإلكترونات من كل من المركب I و II و يسلمها إلى المركب III.
  • يقوم المركب III بضخ البروتونات عبر الغشاء ويمرر إلكتروناتها إلى السيتوكروم ج لنقلها إلى المجمع الرابع من البروتينات والإنزيمات.
  • مركب IV يقلل من الأكسجين. ثم يلتقط الأكسجين المختزل اثنين من أيونات الهيدروجين من الوسط المحيط لتكوين الماء.

الشروط الاساسية

  • مجموعه اطراف صناعيه: المكون غير البروتيني لبروتين مترافق.
  • مركب: هيكل يتكون من ذرة مركزية أو جزيء أو بروتين مرتبط بشكل ضعيف بالذرات أو الجزيئات أو البروتينات المحيطة.
  • يوبيكوينون: مادة قابلة للذوبان في الدهون وهي أحد مكونات سلسلة نقل الإلكترون وتقبل الإلكترونات من المجمعين الأول والثاني.

الفسفرة المؤكسدة هي طريقة عالية الكفاءة لإنتاج كميات كبيرة من ATP ، وهي الوحدة الأساسية للطاقة لعمليات التمثيل الغذائي. خلال هذه العملية يتم تبادل الإلكترونات بين الجزيئات ، مما يخلق تدرجًا كيميائيًا يسمح بإنتاج ATP. الجزء الأكثر حيوية في هذه العملية هو سلسلة نقل الإلكترون ، والتي تنتج ATP أكثر من أي جزء آخر من التنفس الخلوي.

سلسلة نقل الإلكترون

سلسلة نقل الإلكترون هي المكون الأخير للتنفس الهوائي وهي الجزء الوحيد من أيض الجلوكوز الذي يستخدم الأكسجين الجوي. نقل الإلكترون عبارة عن سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تشبه سباق التتابع. يتم تمرير الإلكترونات بسرعة من مكون إلى آخر لنقطة نهاية السلسلة ، حيث تقلل الإلكترونات الأكسجين الجزيئي ، وتنتج الماء. يمكن رؤية هذا الاحتياج من الأكسجين في المراحل النهائية من السلسلة في المعادلة الشاملة للتنفس الخلوي ، والتي تتطلب كلاً من الجلوكوز والأكسجين.

المركب عبارة عن بنية تتكون من ذرة مركزية أو جزيء أو بروتين مرتبط بشكل ضعيف بالذرات أو الجزيئات أو البروتينات المحيطة. سلسلة نقل الإلكترون عبارة عن تجميع لأربعة من هذه المجمعات (من I إلى IV) ، جنبًا إلى جنب مع ناقلات الإلكترون المتنقلة المرتبطة بها. توجد سلسلة نقل الإلكترون في نسخ متعددة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا لحقيقيات النوى والغشاء البلازمي لبدائيات النوى.

مجمع أنا

للبدء ، يتم نقل إلكترونين إلى المجمع الأول على متن NADH. يتكون المركب I من أحادي نيوكليوتيد الفلافين (FMN) وإنزيم يحتوي على الحديد والكبريت (Fe-S). FMN ، المشتق من فيتامين ب2 (وتسمى أيضًا الريبوفلافين) ، هي واحدة من عدة مجموعات صناعية أو عوامل مشتركة في سلسلة نقل الإلكترون. المجموعة الاصطناعية هي جزيء غير بروتيني ضروري لنشاط البروتين. يمكن أن تكون المجموعات التعويضية عضوية أو غير عضوية وهي عبارة عن جزيئات غير ببتيدية مرتبطة ببروتين يسهل وظيفته.

تشمل المجموعات التعويضية الإنزيمات المساعدة ، وهي مجموعات الإنزيمات الاصطناعية. الإنزيم في المركب I هو NADH dehydrogenase ، وهو بروتين كبير جدًا يحتوي على 45 سلسلة من الأحماض الأمينية. يمكن للمركب أن يضخ أربعة أيونات هيدروجين عبر الغشاء من المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء ؛ وبهذه الطريقة يتم إنشاء التدرج اللوني لأيون الهيدروجين والحفاظ عليه بين جزأين مفصولين عن طريق غشاء الميتوكوندريا الداخلي.

س والمجمع الثاني

يستقبل المركب II مباشرة FADH2، والذي لا يمر عبر المركب I. المركب الذي يربط بين المجمعين الأول والثاني بالثالث هو ubiquinone (Q). جزيء Q قابل للذوبان في الدهون ويتحرك بحرية عبر قلب الغشاء الكارهة للماء. بمجرد تخفيضه إلى QH2، يوبيكوينون يسلم إلكتروناته إلى المركب التالي في سلسلة نقل الإلكترون. تستقبل Q الإلكترونات المشتقة من NADH من المركب I والإلكترونات المشتقة من FADH2 من المركب II ، بما في ذلك نازعة هيدروجين السكسينات. هذا الانزيم و FADH2 تشكل معقدًا صغيرًا يسلم الإلكترونات مباشرة إلى سلسلة نقل الإلكترون ، متجاوزًا المجمع الأول. نظرًا لأن هذه الإلكترونات تتجاوز ، وبالتالي لا تنشط ، مضخة البروتون في المجمع الأول ، يتم تصنيع عدد أقل من جزيئات ATP من FADH2 الإلكترونات. يتناسب عدد جزيئات ATP التي تم الحصول عليها في النهاية بشكل مباشر مع عدد البروتونات التي يتم ضخها عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي.

المجمع الثالث

يتكون المركب الثالث من السيتوكروم ب ، وبروتين Fe-S آخر ، ومركز Rieske (مركز 2Fe-2S) ، وبروتينات السيتوكروم c ؛ يسمى هذا المركب أيضًا السيتوكروم أوكسيريدوكتاز. تحتوي بروتينات السيتوكروم على مجموعة هيم اصطناعية. يشبه جزيء الهيم الهيم الموجود في الهيموجلوبين ، لكنه يحمل الإلكترونات وليس الأكسجين. نتيجة لذلك ، يتم تقليل وتأكسد أيون الحديد في قلبه أثناء مروره بالإلكترونات ، ويتأرجح بين حالات الأكسدة المختلفة:2+ (مخفض) والحديد3+ (مؤكسد). تتميز جزيئات الهيم في السيتوكرومات بخصائص مختلفة قليلاً بسبب تأثيرات البروتينات المختلفة التي تربطها ، مما يجعل كل مركب. يقوم المركب III بضخ البروتونات عبر الغشاء ويمرر إلكتروناتها إلى السيتوكروم ج لنقلها إلى المجمع الرابع من البروتينات والإنزيمات. السيتوكروم ج هو متقبل الإلكترونات من Q ؛ ومع ذلك ، في حين أن Q يحمل أزواجًا من الإلكترونات ، فإن السيتوكروم c يمكنه قبول واحد فقط في كل مرة.

المجمع الرابع

يتكون المركب الرابع من بروتينات السيتوكروم c و a و a3. يحتوي هذا المجمع على مجموعتين من الهيم (واحدة في كل من السيتوكروم أ و أ3) وثلاثة أيونات نحاسية (زوج من النحاسأ ونحاس واحدب في السيتوكروم أ3). تحتفظ السيتوكرومات بجزيء الأكسجين بإحكام شديد بين أيونات الحديد والنحاس حتى يتم تقليل الأكسجين تمامًا. ثم يلتقط الأكسجين المختزل اثنين من أيونات الهيدروجين من الوسط المحيط لإنتاج الماء (H2س). تساهم إزالة أيونات الهيدروجين من النظام أيضًا في التدرج الأيوني المستخدم في عملية التناضح الكيميائي.


نشاط سلسلة نقل الإلكترون هو مؤشر وهدف لحساسية الفينيتوكلاكس في المايلوما المتعددة

مضاد BCL-2 venetoclax فعال للغاية في مرضى المايلوما المتعددة (MM) الذين يظهرون 1114 النقل ، أساسه الآلي غير معروف. في تقييم الطاقة الخلوية والتمثيل الغذائي لـ t (1114) و non-t (1114) MM ، قررنا أن المايلوما الحساسة للفينيتوكلاكس قد قللت من تنفس الميتوكوندريا. تمشيا مع هذا ، ترتبط أنشطة المركب الأول والمركب II المنخفض لسلسلة نقل الإلكترون (ETC) بحساسية الفينيتوكلاكس. تثبيط المركب I ، باستخدام IACS-010759 ، مثبط المركب الأول المتوفر حيوياً عن طريق الفم في التجارب السريرية ، بالإضافة إلى نشاط اختزال يوبيكوينون (SQR) للمركب II ، باستخدام thenoyltrifluoroacetone (TTFA) أو إدخال SDHC R72C متحولة ، تحسس بشكل مستقل MM المقاومة إلى venetoclax. نوضح أن تثبيط ETC يزيد من الاعتماد على BCL-2 والحالة "الأولية" عبر محور ATF4-BIM / NOXA. علاوة على ذلك ، يرتبط نشاط SQR بحساسية venetoclax في عينات المرضى بغض النظر عن حالة t (1114). قد يؤدي استخدام نشاط SQR بطريقة مستنيرة للعلامات الحيوية الوظيفية إلى اختيار أفضل لمرضى MM الذين يستجيبون لعلاج venetoclax.


تستخدم المجمعات الأربعة لسلسلة نقل الإلكترون طاقة الإلكترونات المخزنة في عوامل الاختزال لإنشاء تدرج تركيز للبروتونات (H *) عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. أعط عدد البروتونات التي يتم ضخها في الفضاء بين الغشاء بواسطة كل من المجمعات الأربعة: المركب I: المركب II: المركب III: المركب IV:

help_outline

نسخ الصورةأغلق

تستخدم المجمعات الأربعة لسلسلة نقل الإلكترون طاقة الإلكترونات المخزنة في عوامل الاختزال لإنشاء تدرج تركيز للبروتونات (H *) عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. أعط عدد البروتونات التي يتم ضخها في الفضاء بين الغشاء بواسطة كل من المجمعات الأربعة: المركب I: المركب II: المركب III: المركب IV:


الغشاء الخارجي للميتوكوندريا وقناة VDAC ☆

Tatiana K. Rostovtseva ، Sergey M. Bezrukov ، في الوحدة المرجعية في علوم الحياة ، 2020

لائحة VDAC

تم اختيار VDAC بشكل تطوري لتسهيل تدفق المستقلبات بين العصارة الخلوية والميتوكوندريا من خلال تكييف البيئة الكهروستاتيكية لمسامها لصالح نيوكليوتيدات الأدينين. من الطبيعي بعد ذلك توقع وجود منظمات عصارية خلوية داخلية لنفاذية VDAC. في الواقع ، تم اكتشاف اثنين من البروتينات الخلوية غير المرتبطة على ما يبدو ، التوبولين الثنائى و α-synuclein ، لمنع VDAC المعاد تكوينه بشكل عكسي بكفاءة عالية جدًا ، نانومولار وبالتالي التحكم في تبادل المستقلب عبر الأغشية الخارجية للميتوكوندريا (Rostovtseva and Bezrukov، 2012 Rostovtseva وآخرون. ، 2015) (الشكل 3).

تين. 3 . تنظيم VDAC بواسطة بروتينات العصارة الخلوية. (أ) النموذج الجزيئي لانسداد α-synuclein والانتقال من خلال مسام VDAC. يتم تمثيل المقطع العرضي من خلال طبقة ثنائية الدهون و VDAC بسطح متعدد الألوان ، حيث يتم تمرير α-synuclein عبر القناة. تظهر المخلفات المحايدة لـ α-synuclein على شكل أنبوب أصفر ، ويتم تمييز الأحماض الأمينية سالبة وإيجابية الشحنة باللون الأحمر والأزرق ، على التوالي. المنطقة الطرفية C لـ α-synuclein ، المترابطة عبر المسام ، مشحونة بشكل سلبي للغاية ، في حين أن المنطقة الحلزونية N الطرفية محايدة تقريبًا. (ب) النموذج الجزيئي لتنظيم VDAC بواسطة توبولين. تمثيل تخطيطي لمركب VDAC1 مع α-tubulin في طبقة ثنائية الدهون بعد 80 نانوثانية من المحاكاة الديناميكية الجزيئية. تظهر طبقة الدهون الثنائية في وضع العصا مع تصوير مواضع مجموعات الرأس على أنها كرات. تظهر البقايا الحمضية لنهاية التوبولين C على شكل كرات حمراء والبقايا الأساسية التكميلية لـ VDAC على شكل كرات زرقاء ، على التوالي. (ج) دليل الفيزيولوجيا الكهربية على تنظيم VDAC بواسطة α-synuclein. لاحظ أن التيوبيولين يؤدي إلى انسداد عابر مماثل لتوصيل VDAC. تم إعادة تكوين السجلات التمثيلية لتوصيل القناة في الوقت المناسب لنفس VDAC الفردي إلى طبقة ثنائية من الدهون المستوية قبل (التحكم) وبعد إضافة 50 نانومتر من α-synuclein إلى محلول الاستحمام الغشائي من 1 M KCl المخزن عند درجة الحموضة 7.4. يتأرجح الموصلية بين حالات "α-synuclein المحظورة" عالية التوصيل والحالة المنخفضة التوصيل التي تعرض أحداث انسداد تم حلها جيدًا. تم التقاط السجلات عند 25 مللي فولت من الجهد المطبق. تشير الخطوط المتقطعة إلى حالات VDAC المفتوحة وحالات α-synuclein المحظورة والتيار صفر. العمل الأصلي. (د) نموذج مقترح لتنظيم VDAC بواسطة α-synuclein. عندما يتم التقاط α-synuclein بواسطة مسام VDAC ، فإنه يعطل تدفقات ATP / ADP عبر VDAC. في ظل الظروف العادية ، ينظم α-synuclein الداخلي هذه التدفقات عن طريق منع VDAC بشكل عكسي. تحت الضغط الناجم عن الإفراط في التعبير عن السينوكلين ، ينتقل α-synuclein عبر الغشاء الخارجي (OM) من خلال VDAC ويستهدف مجمعات سلسلة نقل الإلكترون (cI ، cII ، cIII ، cIV ، cV) في الغشاء الداخلي (IM) مما يتسبب في ضعفها. يتجلى الخلل الوظيفي في الميتوكوندريا من خلال انخفاض إمكانات الميتوكوندريا (ميكرومتر) ومستوى ATP وزيادة إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ، وفي النهاية موت الخلايا العصبية. ANT - مترجم نيوكليوتيدات الأدينين. IMS - الفضاء بين الغشاء.

(أ) مستنسخة بإذن من Comer ، J. ، 2018. مطاردة ذيل البروتين: الكشف عن انتقال عديد الببتيد من خلال nanopores. بيوفيز. ج. 114 ، 759-760. حقوق النشر © 2017 جمعية الفيزياء الحيوية. (ب) مستنسخة بإذن من Noskov، S.Y.، Rostovtseva، T.K.، Chamberlin، A.C.، وآخرون، 2016. الحالة الحالية للدراسات النظرية والتجريبية لقناة الأنيون المعتمدة على الجهد (VDAC). بيوكيم. بيوفيز. اكتا 1858 ، 1778-1790. (د) مقتبس بإذن من Rostovtseva، T.K.، Gurnev، P.A.، Protchenko، O.، وآخرون. ، 2015. يُظهر α-synuclein تفاعلًا تقاربًا كبيرًا مع قناة الأنيون التي تعتمد على الجهد ، مما يشير إلى آليات تنظيم الميتوكوندريا والسمية في مرض باركنسون. J. بيول. تشيم. 290 ، 18467-18477. حقوق النشر © 2020 الجمعية الأمريكية للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية.

Dimeric tubulin عبارة عن مغاير مغاير لحوالي 110 كيلو دالتون مع وحدات فرعية α- وبيت لهيكل محدد جيدًا معروف في المقام الأول بدوره باعتباره لبنة بناء للأنابيب الدقيقة. على النقيض من ذلك ، فإن α-Synuclein عبارة عن بروتين صغير من الأحماض الأمينية 140 مضطربًا جوهريًا يتم التعبير عنه بشكل كبير في الجهاز العصبي المركزي ، ويظهر أنه مرتبط بإحداث مرض باركنسون. والجدير بالذكر أنه في حين أن كلا من α-synuclein و tubulin عبارة عن بروتينات خلوية وفيرة مع وظائف أخرى ، إلا أنها ترتبط على وجه التحديد بالغشاء الخارجي للميتوكوندريا في الخلايا الحية وتعديل عملية التمثيل الغذائي للميتوكوندريا. في هذا الدور الثاني ، تم إثبات أنها منظمات فعالة لـ VDAC في التجارب المختبرية والحيوية. التشابه الهيكلي الوحيد بين α-synuclein و tubulin هو وجود طرف C مضطرب سالب الشحنة والذي يبدو أنه مسؤول عن الانسداد الجزئي الديناميكي لمسام VDAC (Comer ، 2018 Noskov وآخرون. ، 2016) (الشكل 3 (أ-ج)).

إحدى النتائج المهمة لفيزيولوجيا الميتوكوندريا هي أن حالة VDAC ، المحظورة بواسطة مجال طرفية α-synuclein polyanionic C ، غير منفذة بشكل أساسي لـ ATP و ADP (Noskov وآخرون. ، 2016). لذلك ، فإن أحد الآثار المثيرة للاهتمام لتنظيم VDAC بواسطة tubulin هو اقترانه المقترح بخاصية تحلل السكر الهوائي من نوع واربورغ للعديد من الخلايا السرطانية ، حيث قد يلعب مجمع VDAC-tubulin دور "تبديل حال السكر" نحو التحلل الهوائي أو المؤكسد الفسفرة (مالدونادو وليماسترز ، 2012). أحادي α-synuclein ، الذي يمثل ما يصل إلى 1٪ من إجمالي محتوى البروتين في الخلايا العصبية الطبيعية ، لا يحجب VDAC بشكل عكسي فحسب ، وبالتالي ينظم تدفق المستقلب بشكل مشابه للتوبولين ، ولكن يمكنه أيضًا الانتقال من خلال VDAC (Rostovtseva وآخرون. ، 2015). لذلك ، في الحالات المريضة ، قد يعمل VDAC كمسار لانتقال α-synuclein إلى الميتوكوندريا ، حيث يستهدف المجمعات التنفسية في الغشاء الداخلي وبالتالي يضعف وظيفة الميتوكوندريا كما هو مقترح في التجارب في الجسم الحي مع الخلايا (الشكل 3 (د)) ).

النموذج المقترح لتنظيم VDAC (الشكل 3 (د)) عام تمامًا ولا يتطلب أي تفاعل محدد بين مسام VDAC والمنظم. لا يشرح هذا النموذج فقط كيف أن نوعين مختلفين من البروتينات مثل توبولين و α-synuclein يؤديان إلى انسداد مماثل نوعيًا لـ VDAC ، ولكنه يتنبأ أيضًا بأن بروتينات عصارية خلوية أخرى قد تشارك أيضًا في تنظيم هذا النوع.


البيولوجيا الجزيئية للشيخوخة

7 Aβ و Tau الفسفوري في الميتوكوندريا

كشفت التحليلات الكيميائية الحيوية وبيولوجيا الخلية والكيمياء المناعية ودراسات المجهر الإلكتروني للإرسال أن شظايا APP و Aβ و N-terminal ApoE4 مرتبطة بأغشية الميتوكوندريا ومصفوفة الميتوكوندريا. 34،35،46،67،70–74 علاوة على ذلك ، تعطل هذه البروتينات الطافرة OXPHOS ، وتحفز إنتاج ROS ، وتسبب خللاً وظيفيًا في الميتوكوندريا في الخلايا العصبية لمرض الزهايمر.

لقد درسنا مؤخرًا العلاقة بين Aβ و VDAC1. 37 وجدنا تفاعل Aβ مع VDAC1 في أدمغة ما بعد الوفاة من مرضى الزهايمر والفئران المعدلة وراثيًا APP ، ووجدنا أن هذه التفاعلات زادت مع تقدم الزهايمر ومع زيادة الخلل الوظيفي في الميتوكوندريا.

كشفت الدراسات البيوكيميائية الحديثة للميتوكوندريا و Tau الفسفوري أنه في الطرف N ، يتفاعل تاو المقطوع مع الميتوكوندريا. 72–74 وجدت الدراسات أن التأثيرات السامة ناتجة عن تفاعل جزأين من N-terminal Tau (NH2، 1–25aa and NH2، 26-44aa) والميتوكوندريا. 74 وجدوا عيوب OXPHOS في شظايا NH2 26–66aa ، ولكن ليس في شظايا NH2 ، 1-25aa. وجدت دراسة حديثة أن شظايا Tau 20-22-kDa N-terminal تم إثرائها في الميتوكوندريا المشبكية في أدمغة الزهايمر ، وأن الزيادة في تاو مرتبطة بالتغيرات الهيكلية المرضية والضعف الوظيفي في المشابك. 72

في الآونة الأخيرة ، قمنا بالتحقيق في العلاقة بين Tau الفسفوري و VDAC1. باستخدام أنسجة دماغية بعد الوفاة مأخوذة من مرضى الزهايمر ومن الفئران 3XTg.AD ، وجدنا أن تاو الفسفوري زاد مع تقدم مرض الزهايمر. أجرينا أيضًا تحليل IP المشترك باستخدام الجسم المضاد Tau الفسفوري ، وتحليل التكتل المناعي باستخدام الأجسام المضادة VDAC1 ومحللات البروتين للأنسجة القشرية من الأشخاص الضابطين من مرضى مصابين بمرض الزهايمر معتدل ومحدّد وحاد ومن الفئران 3XTg.AD. وجدنا أن تاو الفسفوري يتفاعل مع VDAC1 في الأنسجة القشرية لفئران 3XTg.AD ومرضى الزهايمر في جميع المراحل الثلاث لتطور المرض. وجدنا تفاعلًا أقل بين Tau الفسفوري و VDAC1 في موضوعات التحكم. تشير هذه النتائج إلى أن تاو الفسفوري قد يكون له دور في سد مسام الميتوكوندريا و / أو التسبب في عيوب OXPHOS.

بشكل عام ، تشير هذه الدراسات إلى أن كلاً من Aβ و Tau الفسفوري يحفزان إنتاج ROS ويسببان عيوب OXPHOS واختلال وظائف الميتوكوندريا في AD.


مقدمة

تم اقتراح التحليلات الكمية للأيضات المنبعثة من الكائنات الحية بطرق مختلفة في الأدبيات ، 10-12 وأصبح التعبير عن رقم الدوران مقياسًا قياسيًا في علم الإنزيمات ، 13 حيث يصف الحد الأقصى لعدد جزيئات الركيزة المحولة بواسطة إنزيم في الوقت المعطى. 14 يمكن أيضًا تطبيق استخدام أرقام الدوران على البكتيريا وقدرتها على التحويل الإنزيمي لجزيئات الركيزة النشطة للاختزال ، مثل N ، N ، N ′ ، N ′ -Tetramethyl- para -phenylene-Diamine (TMPD) ، في الثانية التركيز المعطى أثناء القياسات الكهروكيميائية. TMPD مثير للاهتمام بشكل خاص ، حيث يتم استخدامه في زراعة الخلايا وعلم الأحياء الدقيقة للتمييز بين الكائنات الحية التي تظهر نشاط السيتوكروم سي أوكسيديز 15 والتمييز بين البكتيريا سالبة الجرام والإيجابية الجرام المسببة للأمراض وغير المسببة للأمراض. 16،17 تمت دراستها جيدًا بواسطة الكيمياء الكهربائية 18 وتكشف عن سلوك كهروكيميائي نظيف وقابل للعكس. 19 يستخدم مفهوم أكسدة TMPD بواسطة الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع ويعرف باسم مؤشر قياس الألوان الناجح للأكسيدات البكتيرية ، مثل الكاتيون الراديكالي TMPD + ˙ ، المتكون من الأكسدة ، يظهر لون أزرق غامق مميز. ومن ثم ، فإن نقلها إلى الكيمياء الكهربائية يسمح بتقدير هذه العملية وقد يمكّن من الكشف المستقبلي عن مسببات الأمراض المختلفة في المختبر.

هنا ، نُبلغ عن التعرف الكهروكيميائي لاختبار أوكسيديز ، عن طريق الكشف عن أوكسيديز السيتوكروم سي ، وتحليله الكمي ، معبرًا عنه برقم دوران ، محسوبًا للبكتيريا المفردة. تتم مراقبة أكسدة TMPD بواسطة الأكسيدات البكتيرية ، وتحديداً السيتوكروم سي أوكسيديز ، وهو بروتين عبر الغشاء يلعب دورًا مهمًا كمستقبل للإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون في الجهاز التنفسي ، 17 في Bacillus subtilis (B. subtilis) و Escherichia coli (E. coli) ). على حد علمنا ، هذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها قياس تعبير السيتوكروم سي أوكسيديز في الإشريكية القولونية المزروعة بالهواء ، مما يدل على قدرات الكيمياء الكهربائية المطبقة على العينات البيولوجية. تعتبر الإشريكية القولونية بكتيريا سالبة الجرام على شكل قضيب ، وتمثل نموذجًا مثاليًا للكائن الحي للعديد من الدراسات في البيولوجيا الجزيئية ، وذلك بسبب ارتفاع معدل انتشارها في وسط النمو في قوارير الثقافة المخبرية. 20 لكونها جزءًا من النباتات المعوية الطبيعية في العديد من الفقاريات ، ولكنها أيضًا مسؤولة عن حوالي 2 مليون حالة وفاة سنويًا ، مرتبطة بأمراض داخل الأمعاء وخارجها ، تشتهر الإشريكية القولونية بكل من قابليتها للتعايش والإمراض. 21 على عكس البكتيريا الأخرى سالبة الجرام ، فإن الإشريكية القولونية هي كائن حي لا هوائي اختياري ، إذا نما في وجود الأكسجين ، لا يمكن الكشف عن تعبير أوكسيديز السيتوكروم سي عن طريق اختبار أوكسيديز. 22 توضح الدراسة المقدمة قدرة الكيمياء الكهربائية على اكتشاف كميات ضئيلة من المواد الفعالة كهربيًا ، وتمثل طريقة تحليل دقيقة وسريعة وغير مكلفة للبكتيريا المسببة للأمراض وغير المسببة للأمراض ، بناءً على الأنواع النشطة كهربيًا التي تحولها الكائنات الحية.


معلومات اكثر

سياسة أمان الإنترنت

باستخدام هذا الموقع ، فإنك توافق على المراقبة والتدقيق الأمني. لأغراض أمنية ، ولضمان بقاء الخدمة العامة متاحة للمستخدمين ، يستخدم نظام الكمبيوتر الحكومي هذا برامج لمراقبة حركة مرور الشبكة لتحديد المحاولات غير المصرح بها لتحميل المعلومات أو تغييرها أو التسبب بأي ضرر ، بما في ذلك محاولات رفض الخدمة للمستخدمين.

المحاولات غير المصرح بها لتحميل المعلومات و / أو تغيير المعلومات على أي جزء من هذا الموقع محظورة تمامًا وتخضع للمقاضاة بموجب قانون الاحتيال وإساءة استخدام الكمبيوتر لعام 1986 وقانون حماية البنية التحتية للمعلومات الوطنية لعام 1996 (انظر العنوان 18 USC § § 1001 و 1030).

لضمان أداء موقع الويب الخاص بنا بشكل جيد لجميع المستخدمين ، تراقب لجنة الأوراق المالية والبورصات (SEC) وتيرة الطلبات الخاصة بمحتوى SEC.gov لضمان عدم تأثير عمليات البحث الآلية على قدرة الآخرين على الوصول إلى محتوى SEC.gov. نحتفظ بالحق في حظر عناوين IP التي ترسل طلبات زائدة. تحدد الإرشادات الحالية المستخدمين إلى ما لا يزيد عن 10 طلبات في الثانية ، بغض النظر عن عدد الأجهزة المستخدمة لإرسال الطلبات.

إذا أرسل المستخدم أو التطبيق أكثر من 10 طلبات في الثانية ، فقد تكون الطلبات الإضافية من عنوان (عناوين) IP محدودة لفترة وجيزة. بمجرد انخفاض معدل الطلبات إلى ما دون الحد الأدنى لمدة 10 دقائق ، يمكن للمستخدم استئناف الوصول إلى المحتوى على SEC.gov. تم تصميم ممارسة SEC هذه للحد من عمليات البحث الآلي المفرطة على SEC.gov وليس المقصود أو المتوقع أن تؤثر على الأفراد الذين يتصفحون موقع SEC.gov على الويب.

لاحظ أن هذه السياسة قد تتغير عندما تدير هيئة الأوراق المالية والبورصات SEC.gov لضمان أن الموقع يعمل بكفاءة ويظل متاحًا لجميع المستخدمين.

ملحوظة: لا نقدم دعمًا تقنيًا لتطوير أو تصحيح عمليات التنزيل المبرمجة.


Respirasi sel

& gt نظرة عامة على Respirasi sel
Respirasi sel: pelepasan energi dari karbohidrat dan sintesis ATP
Perlu oksigen (O2)
Melepaskan karbondioksida (CO2)
ينقسم الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

Oksidasi glukosa (exergonic) akan mendorong sintesis ATP (endergonic) ، تفاعل مقترن

Satu molekul glukosa menghasilkan 36 إلى 38 molekul ATP (كفاءة حوالي 40٪)
NAD + و FAD
نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد) ، فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد
الإنزيمات
يستخدم NAD + في كثير من الأحيان
قبول إلكترونين بالإضافة إلى أيون الهيدروجين (H +) مخفض أم مؤكسد؟
دورة NAD +
Fase pemecahan molekul glukosa
Oksidasi glukosa dengan menghilangkan ذرة هيدروجين ميليباتكان 4 مزهرية
تحلل السكر - pemecahan molekul glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat dalam sitoplasma لا يحتاج إلى أكسجين ينتج 2 ATP
تفاعل الانتقال - تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون مرتين لكل جزيء جلوكوز piruvat dioksidasi menjadi gugus asetil dengan

دورة حامض الستريك –ريكسي أوكسيداسي سيكليس يانغ ميليباسكان ثاني أكسيد الكربون ، مينغاسيلكان ساتو موليكول ، NADH ، FADH بيرلانغسونغ 2 كالي لكل مولكول غلوكوزا
نظام نقل الإلكترون - سلسلة من الحاملات التي تقبل الإلكترونات التي تمت إزالتها من الجلوكوز وتمريرها من ناقل إلى آخر حتى المستقبل النهائي ، يتم الوصول إلى O2 ويتم إنتاج الماء واستخدامه في تخليق 32 إلى 34 ATP
في حالة عدم توفر الأكسجين ، يحدث التخمر في السيتوبلازم بدلاً من الانتقال إلى التنفس الخلوي.

المراحل الأربع لانهيار الجلوكوز الكامل
Diluar mitokondria: تحلل السكر
تحلل السكر berlangsung di sitoplasma
دان ميروباكان ريكسي بيميكاهان جلوكوسا منجادي 2 مولكول أسام بيروفات

تم العثور على تحلل السكر في جميع الكائنات الحية

لا يتطلب تحلل السكر الأكسجين.

(أدخل الشكل 7.4 أ)
خطوات استثمار الطاقة
يتم استخدام اثنين من ATP لتنشيط الجلوكوز ،
ينقسم الجلوكوز إلى جزيئين C3 (PGAL).
يحمل PGAL مجموعة فوسفات من ATP.
من هذه النقطة فصاعدًا ، يخضع كل جزيء C3 لنفس سلسلة التفاعلات.
تحلل السكر
خطوات حصاد الطاقة
Oksidasi PGAL berlangsung dengan menghilangkan elektron dan diikuti dengan ion hidrogen، keduanya ditangkap oleh koenzim NAD +:
2 NAD + 4H → 2 NADH + 2 H +
ينتج عن أكسدة PGAL والركائز اللاحقة أربع مجموعات فوسفات عالية الطاقة تستخدم لتخليق ATP في الفسفرة على مستوى الركيزة.

ملخص تحلل السكر
المدخلات:
الجلوكوز
2 NAD +
2 ATP
4 ADP + 2 ص

Jika tersedia oksigen- يدخل البيروفات الميتوكوندريا.
Jika tidak tersedia الأكسجين ، يحدث التخمير
التخمير & # 8211 anaeorbic (لا يحتاج إلى أكسجين) ، في الإنسان ينتج حمض اللاكتيك.

التخمير
إعادة النظر
ميتوكوندريا -
غشاء مزدوج
الفضاء بين الغشاء بين الطبقتين.
Cristae - طيات من الغشاء الداخلي الذي يبرز في المصفوفة ، الحيز الأعمق
يحدث تفاعل الانتقال ودورة حمض الستريك في المصفوفة
يقع نظام نقل الإلكترون في cristae.

رد فعل انتقالي
1) يربط تحلل السكر بدورة حامض الستريك
2) يتم تحويل البيروفات إلى مجموعة أسيتيل C2 مرتبطة بمساعد الإنزيم أ (يُطلق عليهما معًا أسيتيل CoA)
3) إطلاق ثاني أكسيد الكربون.
4) يتم تحويل NAD + إلى NADH + H +
دورة حمض الستريك
1) استقلاب جالور سيكليس يانغ بيرلانغسونغ بادا ماتريكس ميتوكوندريا
2) ينضم acetylCoA إلى جزيء C4 ، ونتائج سيترات C6.
سيتأكسد AcetylCoA إلى جزيئات CoA و 2 CO2.

4) تحدث الأكسدة عندما يقبل NAD + الإلكترونات (يحدث 3 مرات) ويقبل FAD الإلكترونات مرة واحدة.
اكتساب 1 ATP لكل CoA أسيتيل (الفسفرة على مستوى الركيزة)

مدخلات ومخرجات دورة حامض الستريك لكل جزيء جلوكوز
المدخلات:
2 مجموعات الأسيتيل
6 NAD +
2 بدعة
2 ADP + 2 ص
نظام نقل الإلكترون
تقع في أعراف الميتوكوندريا
سلسلة من ناقلات البروتين (بعضها من السيتوكرومات) ، تمرر الإلكترونات من واحدة إلى أخرى.
3) إزالة الإلكترونات من NADH و FADH2 وتدخل في نظام نقل الإلكترون.
يتم تمرير زوج من الإلكترونات من الناقل إلى الناقل
يتم تحرير الطاقة واستخدامها لتكوين جزيئات ATP عن طريق (الفسفرة المؤكسدة)

6) يتلقى الأكسجين إلكترونات مستهلكة للطاقة في نهاية نظام نقل الإلكترون.
7) يتحد الأكسجين مع الهيدروجين ويتشكل الماء:
من أين أتى الهيدروجين؟

منظمة Cristae
يقع نظام نقل الإلكترون في cristae
يتكون من مجمعات بروتينية وناقلات متحركة.
تستخدم الحاملات الطاقة التي تطلقها الإلكترونات أثناء تحركها لأسفل الحاملات لضخ H + من المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء للميتوكوندريا.

يتم إنشاء تدرج الأس الهيدروجيني مع عدد قليل من H + في المصفوفة والعديد في الفضاء بين الغشاء.
هل الرقم الهيدروجيني للمصفوفة مرتفع أم منخفض؟
هل الرقم الهيدروجيني للحيز بين الغشاء مرتفع أم منخفض؟
cristae تحتوي على مركب سينسيز ATP يتم من خلاله أيونات الهيدروجين
في أي طريق يتدفقون؟
الطاقة المستخدمة في تصنيع ATP (التناضح الكيميائي)

محاسبة إنتاجية الطاقة لكل انهيار جزيء الجلوكوز
مزايا وعيوب التخمير
يمكن أن يوفر التخمر انفجارًا سريعًا لـ ATP في خلايا العضلات ، حتى عندما يكون الأكسجين في إمداد محدود.
ومع ذلك ، يعتبر اللاكتات سامًا للخلايا.
في البداية ، يحمل الدم اللاكتات بعيدًا حيث يتشكل في النهاية يتراكم اللاكتات ، ويخفض درجة حموضة الخلية ، ويسبب إرهاقًا للعضلات.
يحدث دين الأكسجين ، ويجب على الكبد إعادة تحويل اللاكتات إلى البيروفات.
كفاءة التخمير
يتم إنتاج اثنين من ATP أثناء التخمير بما يعادل 14.6 كيلو كالوري أكسدة كاملة للجلوكوز إلى CO2 ويمثل H2O ناتجًا قدره 686 كيلو كالوري لكل جزيء من الجلوكوز.
وبالتالي ، فإن التخمر فعال بنسبة 2.1٪ فقط مقارنة بالتنفس الخلوي.
(14.6 / 686) × 100 = 2.1٪
تجمع التمثيل الغذائي والتخليق الحيوي
التفاعلات المتدهورة ، التي تحدث في الهدم ، تكسر الجزيئات وتكون طارده للطاقة.
تميل التفاعلات الاصطناعية ، التي تحدث أثناء عملية الاستقلاب ، إلى أن تكون مفعمة بالحيوية.
الهدم يقود الابتنائية لأن تقويض ينتج عنه تراكم ATP الذي يستخدمه الابتنائية.
الهدم
يمكن للجزيئات بخلاف الجلوكوز أن تدخل التفاعلات التقويضية للتنفس الخلوي.
عندما يتم استخدام الدهون للحصول على الطاقة ، فإنها تتحلل إلى الجلسرين ويتم تحويل ثلاثة أحماض دهنية الجلسرين إلى PGAL ، ويتم تحويل الأحماض الدهنية إلى acetyl-CoA ، وبالتالي يمكن لكلا النوعين من الجزيئات الدخول في دورة حمض الستريك.

يمكن أيضًا أن تدخل العمود الفقري الكربوني للأحماض الأمينية في تفاعلات التنفس الخلوي لتوفير الطاقة.
يخضع الحمض الأميني أولاً لنزع الأمين ، أو إزالة المجموعة الأمينية تصبح المجموعة الأمينية أمونيا (NH3) ويتم إفرازها.
حيث يدخل جزء الكربون من الحمض الأميني في تفاعلات التنفس يعتمد على عدد الكربون.
بناء
يمكن أيضًا استخدام ركائز مسارات التنفس الخلوي كمواد أولية للتفاعلات التركيبية.
هذا هو التجمع الأيضي للخلية ، حيث يمكن تحويل نوع واحد من الجزيء إلى نوع آخر.
بهذه الطريقة ، يمكن تحويل الكربوهيدرات الغذائية إلى دهون مخزنة ، ويمكن تحويل ركائز دورة حمض الستريك إلى أحماض أمينية.
مفهوم تجمع التمثيل الغذائي
ملخص الفصل
أثناء التنفس الخلوي ، يتأكسد الجلوكوز إلى CO2 و H2O وهذا التفاعل المفرط يقود إلى تراكم ATP.
تحدث أربع مراحل من التنفس الخلوي:
1) تحلل السكر ، في العصارة الخلوية ، هو تحلل الجلوكوز إلى اثنين من البيروفات ، مع تكوين 2 NADH وكسب صافي 2 ATP.
2) يحدث تفاعل انتقالي لتحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA ، مع ثاني أكسيد الكربون المنبعث من اثنين من NADH في المجموع.

3) تدخل مجموعة الأسيتيل دورة حمض الستريك ، الموجودة في مصفوفة الميتوكوندريا يتبع الأكسدة الكاملة ، ويتم تكوين اثنين من ثاني أكسيد الكربون ، وثلاثة NADH ، وواحد FADH2 ، واثنان من ATP - تعمل الدورة بأكملها مرتين لكل جزيء جلوكوز.
4) المرحلة الأخيرة من انهيار الجلوكوز هي نظام نقل الإلكترون الموجود في كرستيات إلكترونات الميتوكوندريا من NADH و FADH2 ، حيث يتم تمريرها عبر سلسلة من الناقلات حتى يتم الوصول إلى O2 وتشكيل H2O. يتكون ATP أثناء الفسفرة المؤكسدة عن طريق التناضح الكيميائي.

يشمل التخمير تحلل السكر ، يليه تقليل البيروفات إلى اللاكتات أو الكحول وثاني أكسيد الكربون في البشر ، وهو يوفر دفعة سريعة من الطاقة ولكنه يتسبب في ديون الأكسجين.
يمكن استخدام الكربوهيدرات والبروتين والدهون للحصول على الطاقة ، ويمكن استخدام مكوناتها لتخليق المركبات اللازمة ، يستخدم كل من الابتنائية والتقويض نفس مجموعة التمثيل الغذائي من المواد المتفاعلة.


تراكم الطفرات على جينوم الميتوكوندريا بأكمله لخلايا سرطان الثدي التي تم الحصول عليها عن طريق التسليخ المجهري للأنسجة

يمثل حدوث التغاير الخلوي والخلائط تحديًا تقنيًا لتحليل الحمض النووي للميتوكوندريا. أكثر من ذلك ، تحتاج الطفرات المرصودة إلى تفسير دقيق في ضوء التطور العرقي لأن الحمض النووي للميتوكوندريا هو علامة أحادية الأبوين تعكس التطور البشري. أدت المحاولات السابقة لشرح دور mtDNA في الأنسجة السرطانية إلى حدوث ارتباك كبير في علم الوراثة الطبية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تقديم جودة بيانات متسلسلة منخفضة وسوء تفسير الطفرات التي تمثل خلفية هابلوغروب معينة بدلاً من كونها خاصة بالسرطان. تركز هذه الدراسة على توصيف مدى ومستوى الطفرات في عينات سرطان الثدي التي تم الحصول عليها عن طريق التشريح المجهري للأنسجة من خلال تطبيق بروتوكول تسلسل جينوم mtDNA الكامل الذي تم تقييمه. قمنا بتضخيم وتسلسل جينومات الميتوكوندريا الكاملة لخلايا سرطان الثدي التي تم تشريحها مجهريًا لـ 15 مريضًا وقارننا النتائج مع تلك التي تم الحصول عليها من أنسجة الثدي غير السرطانية المقترنة المستمدة من نفس المرضى. لاحظنا الاختلافات في الحالات غير المتجانسة للبدائل بين الخلايا السرطانية والعادية ، والتي كان أحدها يؤثر على وضع تم الإبلاغ عنه سابقًا في سرطان الرئة وآخر تم تحديده في 16 ورمًا من أورام المبيض الظهارية ، مما قد يشير إلى أهمية وظيفية. في منطقة الترميز ، وجدنا تحولات كاملة في جينومين سرطانيين للميتوكوندريا و 12 بدائل غير متجانسة مقارنة بخلايا الثدي غير السرطانية. حددنا الطفرات الجسدية على كامل mtDNA لخلايا سرطان الثدي البشرية التي من المحتمل أن تضعف نظام OXPHOS في الميتوكوندريا.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


ما هي العملية التي تحدث في خلايا العضلات عندما لا تحصل على كمية كافية من الأكسجين؟ سلسلة نقل الإلكترون التنفس الخلوي تخمير حمض اللاكتيك تخمير الكحول الإيثيلي

Muscle derive energy in form of ATP by aerobic cellular respiration for their contraction. However, continuous physical activities deprive the muscles of oxygen. The process of lactic acid fermentation does not require the presence of oxygen to occur.

Therefore, in the absence of oxygen, lactic acid fermentation occurs in muscles to serve as a quick source of ATPs for muscle contraction.

B) nad+ and fad are regenerated

NAD+ and FAD serve as the electron acceptors for redox reactions of glycolysis and Kreb's cycle and are reduced into NADH and FADH2 respectively.

During oxidative phosphorylation, NADH and FADH2 donate their electrons to the terminal electron acceptor, the molecular oxygen via a chain of proteins embedded in the inner mitochondrial membrane.

Oxidation of NADH and FADH2 regenerates NAD+ and FAD so that they can enter the glycolysis and Kreb's cycle again.

NAD+ and FAD are reduced to NADH and FADH2 during the tricarboxylic acid (TCA) cycle, which carry electrons to Complex I in the mitochondria, beginning the electron transport chain.


شاهد الفيديو: Electron Transport Chain (قد 2022).