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전자 수송 사슬에서 최종 전자 수용체로서의 피루브산

전자 수송 사슬에서 최종 전자 수용체로서의 피루브산


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혐기성 호흡 동안 NADH에 의해 운반된 전자가 전자 수송 사슬(ETC)로 전달되지 않는 이유는 무엇입니까? 일어나는 일은 젖산 탈수소효소가 피루브산을 젖산으로 환원시키는 반면 H는 제거한다는 것입니다.+ NADH에서 NAD를 형성+.

피루브산이 단순히 O를 대신하지 않는 이유2 산화적 인산화 동안 ETC에서 최종 전자 수용체로? 전자는 여전히 ETC를 통해 흐르고 NAD 재생을 허용할 수 있습니다.+, 그렇지 않을까요?


다른 사람이 나중에 확실한 답변을 제공할 수 있지만 이 질문이 흥미로워서 제 생각은 다음과 같습니다.

미토콘드리아 ETC 운반체의 표준 산화환원 전위는 다음과 같습니다.

NAD⁺/NADH -0.32 V complex I (Fe-S) -0.27 V complex II (cyt b₅₆₀) -0.08 V complex III ((cyt c₁) +0.23 V complex IV (cyt a₃) +0.38 V O₂/H₂O +0.82 V

전자 수송은 음에서 양으로 수행됩니다.

이제, 피루베이트/락테이트의 경우 표준 산화환원 전위는 -0.19V이므로 이 피루베이트를 기반으로 이론적으로 복합체 I에서 전자를 받아들일 수 있지만 더 이상 사슬을 따라갈 수는 없습니다. 그러나 복합체 I은 일반적으로 전자를 코엔자임 Q로 전달합니다. 막 내. CoQ의 표준 산화환원 전위는 +0.04V이며, 이는 이미 너무 양성이어서 멤브레인 표면에서 피루브산을 환원할 수 없습니다. 따라서 막 내부에 있는 복합체 I의 최종 FeS 중심에서 피루브산으로 전자를 전달하는 새로운 방법이 있어야 합니다. 물론 피루브산은 용해성이고 세포질 해당작용에 의해 생성되므로 이러한 이동은 미토콘드리아의 막간 공간을 마주하는 막 표면에서 이루어집니다.

그러한 계획이 진화했다면 새로운 버전의 복합체 I을 통해 일부 양성자 펌핑을 달성하는 것이 가능할 수 있으며 이는 에너지적으로 유리할 것입니다.

또 다른 문제는 - 전자 수용체로 피루브산이 있는 복합체 I이 진화했다고 가정할 때 - 세포/미토콘드리아가 호기성 호흡 동안 전자 흐름을 어떻게 조절할까요? 아마도 피루브산을 수용하는 복합체 I은 필요할 때까지 어떻게든 비활성 상태로 유지해야 할 것입니다.

피루브산을 처리하고 NAD⁺를 재생하기 위해 용해성 젖산 탈수소효소를 갖는 것이 훨씬 더 간단합니다.


요약 답변

혐기성 호흡에서 피루브산에 의한 NADH의 재산화의 자유 에너지 변화는 ADP 분자를 ATP로 인산화하는 데 필요한 것보다 적습니다. 전자 수송 사슬의 목적은 분자 산소에 의한 NADH의 산화에서 훨씬 더 큰 자유 에너지 변화를 이용하는 것입니다. 따라서 피루브산은 "O를 대신할 수 없습니다.2 최종 전자 수용체로", NAD를 재생하기 위해 피루브산에 의해 사용될 수 있도록 이 복잡한 기계를 수정하는 것에도 의미가 없습니다.+ 단일 세포질 효소(젖산 탈수소효소)가 그 일을 할 때.

자세한 수치 답변

이 답변은 Berg의 섹션 18.2에서 가져온 것입니다. et al. 그리고 다른 반쪽 반응의 산화환원 전위와 ATP 가수분해의 자유 에너지와의 관계에서 자유 에너지 변화의 계산을 포함합니다. 주의 깊게 읽을 가치가 있지만 요점을 요약하겠습니다.

  • 피루브산과 산소는 모두 NADH를 산화시킬 수 있지만 수반되는 표준 깁스 자유 에너지 변화는 두 경우에서 매우 다릅니다. 이것이 문제의 핵심입니다.
  • NADH → NAD에 대한 표준 산화환원 전위+ +0.32V
  • Pyruvate → Lactate의 표준 산화환원 전위는 -0.19V입니다.
  • O에 대한 표준 산화환원 전위2 → 에이2O는 +0.82입니다.

두 가지 산화 반응에서 이러한 반쪽 반응 산화환원 전위를 결합한 다음 표준 자유 에너지 변화(ΔG˚')로 변환합니다.

  • Pyruvate에 의한 NADH의 산화: ΔG˚' = -6.0 kcal/mol
  • 산소에 의한 NADH의 산화: ΔG˚' = -52.6 kcal/mol

그러나 ADP → ATP = -7.5 kcal/mol의 경우 ΔG˚

따라서 피루브산에 의한 NADH 산화의 에너지는 ATP 분자를 합성하기에 충분한 에너지를 생성하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 3 산소에서 얻은 것. 전자 수송 사슬은 이 후자의 산화 반응을 단계로 분해하여 ATP를 생성하는 데 사용되는 양성자 구배를 생성하는 데 자유 에너지 변화를 사용할 수 있도록 하는 장치입니다. 충분히 강력한 산화제로만 작동할 수 있습니다.

피루브산에 의한 NADH의 산화는 유용하지만 NAD를 재생하기 위해서만+ 해당과정이 계속되도록 하고 글리세르알데히드 3-인산 탈수소효소 반응에 의해 가능한 기질 수준 인산화에 의해 더 적은 양의 ATP를 생성합니다. 이 산화를 위해서는 단순한 효소인 젖산 탈수소효소만 필요합니다. 피루브산을 미토콘드리아로 수송할 이유가 전혀 없습니다(적혈구를 생각하면 존재한다고 가정). 이 과정은 불완전하게 이해되지만 에너지 비용이 많이 들 수 있습니다.


비디오 보기: Химия тесттерінде кездесетін есептер #1 бөлім (이월 2023).