معلومة

W2017_Lecture_11_reading - علم الأحياء

W2017_Lecture_11_reading - 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.

التمثيل الغذائي في Bis2A

يمثل التمثيل الغذائي الخلوي ما يقرب من ثلث منهج Bis2A. سوف تتعلم عن بعض التحولات الكيميائية الشائعة المرتبطة بتحول اللبنات الأساسية الجزيئية للحياة وحول الأنماط الأساسية المختلفة لنقل الطاقة التي ستواجهها غالبًا في علم الأحياء. ستصبح قصة الطاقة ونماذج تحدي التصميم المقدمة سابقًا ذات أهمية متزايدة في هذه الوحدات القليلة التالية وما بعدها.

ماذا تعلمنا؟ كيف سترتبط بعملية التمثيل الغذائي؟

  1. لقد ركزنا على تحديد الخصائص الكيميائية للمجموعات الوظيفية البيولوجية الشائعة. بينما نغوص في عملية التمثيل الغذائي ، سيساعدك هذا على أن تكون مألوفًا وأحيانًا يتنبأ بالطبيعة الكيميائية / تفاعل المركبات التي لم ترها من قبل.
  2. لقد تدربنا على التعرف على الجزيئات وتصنيفها إلى أربع مجموعات وظيفية رئيسية. سيساعدك هذا عندما نبدأ في مناقشة كيفية بناء وتفكيك هذه الجزيئات.
  3. لقد تعلمنا بعض الديناميكا الحرارية الأساسية التي تعطينا مجموعة مشتركة من المفاهيم التي يمكننا من خلالها مناقشة ما إذا كان من المحتمل أن يسير تفاعل أو عملية كيميائية حيوية ، وإذا كان الأمر كذلك ، في أي اتجاه وسرعة. سيكون هذا أمرًا بالغ الأهمية عندما نبدأ في النظر في بعض الأنواع الرئيسية من التفاعلات التي تحدث في عملية التمثيل الغذائي.
  4. لقد تعلمنا وتدربنا على عنوان قصة الطاقة. سيسمح لنا هذا أيضًا بفحص التفاعلات والعمليات الكيميائية الحيوية الجديدة بشكل منهجي ومناقشتها بلغة مشتركة ونهجًا متسقًا ويعزز الدروس التي تعلمناها حول الديناميكا الحرارية.

وحدات التمثيل الغذائي

  • سوف تتعرف على مفهوم هام يسمى إمكانية التخفيض وستتاح لك الفرصة لاستخدام برج الأكسدة والاختزال. هناك أيضًا مناقشة حول كيمياء الأكسدة والاختزال في دليل المناقشة الخاص بك. تأكد من استخدام كلا المصدرين.
  • سوف تتعرف على لاعبين رئيسيين في التمثيل الغذائي ، ATP و NADH. يُتوقع منك التعرف على هياكلها إذا تم عرضها في الامتحان.
  • سيتم تغطية تحلل السكر في المسار الأيضي بالتفصيل. ضع في اعتبارك أننا نريدك أن تكون قادرًا على النظر إلى أي تفاعل وإخبارنا بقصة طاقة عن هذا التفاعل. لا ينبغي بأي حال من الأحوال قضاء الوقت في محاولة حفظ هذه المسارات (على الرغم من أنه سيساعد بشكل كبير على تذكر بعض الأشياء ذات الصورة الكبيرة - سيتم التأكيد عليها). غالبًا ما نعطيك المسار كشخصية في الامتحانات. ينتج تحلل السكر في النهاية 2 ATP عبر عملية تسمى الفسفرة على مستوى الركيزة ، 2 NADH و 2 من مركبات البيروفات.
  • سنستخدم تفاعلات دورة TCA لإنشاء أمثلة متعددة لقصص الطاقة. ستنتج دورة TCA أيضًا المزيد من ATP و NADH وتؤكسد الجلوكوز تمامًا في CO2.
  • سننظر في مسار بديل لمسار دورة TCA ، التخمير. في التخمير لأول مرة سنرى NADH يستخدم كمتفاعل في تفاعل التمثيل الغذائي.
  • سوف نتبع NADH حتى نهاية رحلتها ، حيث تتبرع بإلكتروناتها إلى سلسلة نقل الإلكترون (ETC). في هذه الوحدة ، ستحتاج إلى أن تكون قادرًا على استخدام برج الأكسدة والاختزال. ينتج ETC تدرج بروتون. لا يتم إنشاء ATP مباشرة في هذه العملية. ومع ذلك ، يتم استخدام التدرج البروتوني من قبل الخلية (من بين أشياء أخرى) لتشغيل إنزيم يسمى سينسيز ATP الذي يحفز التفاعل ADP + Pi -> ATP. ينتج عن طريقة إنتاج ATP (تسمى التنفس التأكسدي) إنتاج المزيد من ATP أكثر من عملية الفسفرة على مستوى الركيزة.
  • وأخيرًا ، سوف نمر بعملية التمثيل الضوئي.

تفاعلات الاختزال / الأكسدة

نظرة عامة موجزة عن كيمياء الأكسدة والاختزال وبرج الأكسدة والاختزال

الأكسدة والاختزال (الأكسدة) التفاعل هو نوع من التفاعل الكيميائي الذي يتضمن انتقال الإلكترونات بين مركبين أو ذرات. على سبيل المثال ، يؤدي نقل الإلكترون من الصوديوم المحايد (Na) إلى الكلور المحايد (Cl) إلى وجود صوديوم موجب الشحنة (Na).+) أيون وكلوريد سالب الشحنة (Cl-) أيون هو تفاعل الأكسدة والاختزال. يزيل تفاعل الأكسدة إلكترونًا من ذرة في مركب ، وإضافة هذا الإلكترون إلى مركب آخر هو تفاعل اختزال. نظرًا لأن الأكسدة والاختزال يحدثان معًا عادةً ، فإن هذه الأزواج من التفاعلات تسمى تفاعلات تقليل الأكسدة ، أو تفاعلات الأكسدة والاختزال. تفاعلات الأكسدة والاختزال شائعة وحيوية لبعض الوظائف الأساسية للحياة ، بما في ذلك التمثيل الضوئي ، والتنفس ، والاحتراق ، والتآكل أو الصدأ.

يمكن اعتبار كل تفاعل أحمر / ثور على أنه تفاعلان نصفيان ، وفي نصف تفاعل يفقد المركب الإلكترونات وفي النصف الثاني من التفاعل يكتسب مركب مختلف الإلكترونات. ترتبط كمية الطاقة المنقولة في تفاعل الأكسدة والاختزال بالاختلاف في احتمال اختزال كل نصف تفاعلات ، E0'. برج الإلكترون هو أداة تصنف تفاعلات نصف مشتركة مختلفة (وبالتالي مركبات مختلفة) بناءً على مدى احتمالية التبرع أو قبول الإلكترونات. كلما كانت الإمكانات الكهروكيميائية أقل ، وأكثر سالبة ، لكل نصف تفاعل ، قل احتمال "قبول" المركب للإلكترون. عادة ، يمكن للمركبات المختزلة (على سبيل المثال لديها إلكترونات "إضافية") "التبرع" بالإلكترونات إلى مركبات مؤكسدة (على سبيل المثال "مفقودة" بعض الإلكترونات) التي لها إمكانات اختزال أعلى. بشكل عام ، يمكن للمركبات المؤكسدة "قبول" الإلكترونات من المركبات المختزلة التي لها إمكانات اختزال أقل. سيكون استخدام برج الإلكترون أكثر وضوحًا عندما نناقش سلاسل نقل الإلكترون في عدد قليل من الوحدات.

ملحوظة

استخدام المصطلحات المجسمة مثل "تبرع" و "قبول" في الوصف أعلاه. الذرات لا تتصرف بإحسان ، فانتقال الإلكترونات يرتبط فقط بالفيزياء الذرية الأساسية. لقد استخدمنا أيضًا مصطلحي "إلكترونات إضافية" و "فقدان بعض الإلكترونات" ليكونا وصفيين. من الصعب تحديد ما تعنيه كلمة "إضافي" و "مفقود" على وجه التحديد. في علم الأحياء ، عادةً ما تشير كلمة "إضافي" و "مفقود" إلى حالة من عدة حالات (غالبًا حالتان) من المعروف وجود الذرة / الجزيء المعني.

ملاحظة: مناقشة محتملة

في وقت ما ، يقوم برج الأكسدة والاختزال بإدراج المركبات بترتيب تقليل إمكانات الأكسدة والاختزال (القيم العالية في الأعلى والقيم المنخفضة في الأسفل). هل هذا يغير إمكانات الأكسدة والاختزال لمركب مقارنة بالجدول الذي يسرد المركبات بترتيب تصاعدي كما هو موضح أعلاه؟

تفاعلات الأكسدة والاختزال

في هذا الفصل سنركز على تفاعلات REDOX المرتبطة بيولوجيًا. تحدث غالبية التفاعلات التي نناقشها في سياق المسارات الأيضية (مجموعات متصلة من التفاعلات الأيضية) حيث يمكن للخلية أن تستهلك المركبات ، وتنقسم إلى أجزاء أصغر ثم يعاد تجميعها إلى جزيئات كبيرة.

لنبدأ ببعض ردود الفعل العامة

ينتج عن نقل الإلكترونات بين مركبين فقدان أحد هذين المركبين إلكترونًا ، ويكتسب أحد المركبات إلكترونًا. على سبيل المثال ، انظر إلى الشكل أدناه. إذا استخدمنا نموذج تقييم قصة الطاقة لإلقاء نظرة على التفاعل الكلي ، فيمكننا مقارنة خصائص المواد المتفاعلة والمنتجات قبل وبعد. ماذا يحدث للمادة (الأشياء) قبل وبعد التفاعل؟ يبدأ المركب A كمحايد ويصبح مشحونًا بشكل إيجابي. يبدأ المركب B كمحايد ويصبح سالبًا. نظرًا لأن الإلكترونات مشحونة سالبًا ، يمكننا متابعة حركة الإلكترونات من المركب A إلى B من خلال النظر إلى التغير في الشحنة. يفقد A إلكترونًا (يصبح شحنة موجبة) ، وبذلك نقول إن A قد أصبح مؤكسدًا. أكسدةيرتبط بفقدان الإلكترون (الإلكترونات). يكتسب B الإلكترون (يصبح سالبًا) ، ونقول أن B قد انخفض. تخفيضيرتبط باكتساب الإلكترونات. نعلم أيضًا ، نظرًا لحدوث شيء ما ، يجب نقل الطاقة و / أو إعادة تنظيمها في هذه العملية وسننظر في ذلك قريبًا.

نتوقع منك في Bis2A التعرف على هذه المصطلحات. حاول تعلمها وتعلم كيفية استخدامها في أسرع وقت ممكن - سنستخدم المصطلحات بشكل متكرر ولن يكون لدينا الوقت لتعريفها في كل مرة.

تفاعل عام الأكسدة والاختزال. رد الفعل الكامل هو أن A + B يذهب إلى A+ + ب-. يظهر رد الفعل النصفين في المربع الأزرق. يتأكسد A بالتفاعل ويقلل B بالتفاعل.

عندما يفقد الإلكترون أو الجزيء مؤكسد، يجب أن ينتقل الإلكترون (الإلكترونات) بعد ذلك إلى جزيء آخر. يقال إن الجزيء الذي يكتسب الإلكترون هو انخفاض. يتم دائمًا إقران تفاعلات الأكسدة والاختزال فيما يعرف باسم تفاعل الأكسدة والاختزال (يسمى أيضًا تفاعل أحمر / ثور).

للتأكيد: في Bis2a نتوقع منك التعرف على هذه المصطلحات. حاول تعلمها وتعلم كيفية استخدامها في أسرع وقت ممكن - سنستخدم المصطلحات بشكل متكرر ولن يكون لدينا الوقت لتعريفها في كل مرة.

تذكر التعاريف:

رد الفعل النصف

لإضفاء الطابع الرسمي على فهمنا المشترك لتفاعلات الأحمر / الثور ، نقدم مفهوم نصف رد الفعل. مطلوب نصفي رد الفعل لعمل تفاعل أحمر / ثور كامل. يمكن اعتبار كل نصف تفاعل على أنه وصف لما يحدث لأحد الجزيئين المتورطين في تفاعل الأحمر / الثور. هذا موضح أدناه. في هذا المثال ، يتم أكسدة المركب AH بواسطة المركب B+؛ تتحرك الإلكترونات من AH إلى B.+ لتوليد أ+ و BH. يمكن اعتبار كل تفاعل على أنه تفاعلان نصفيان: حيث يتأكسد AH وتفاعل ثان حيث B+ يتم تخفيضه إلى BH. تعتبر ردود الفعل هذين مقرون، وهو مصطلح يشير إلى أن هذين التفاعلين يحدثان معًا في نفس الوقت.

تفاعل أحمر / ثور عام حيث يتم أكسدة مركب AH بواسطة المركب B+. يمثل كل نصف تفاعل نوعًا واحدًا أو مركبًا إما لفقد أو اكتساب إلكترونات (وبروتون لاحق كما هو موضح في الشكل أعلاه). في رد فعل نصف # 1 AH تفقد بروتون وإلكترونين: في رد فعل النصف الثاني ، B+ يكتسب 2 إلكترون وبروتون. في هذا المثال يتأكسد HA إلى A.+ بينما ب+ يتم تقليله إلى BH.

ملاحظة: مناقشة محتملة

إذا كنت تفكر في تفاعل الأكسدة والاختزال العام وعادت إلى المحاضرات الديناميكية الحرارية ، فما العامل الذي سيحدد ما إذا كان تفاعل الأكسدة والاختزال "سيذهب" في اتجاه معين تلقائيًا وما الذي قد يحدد معدله؟

إمكانية التخفيض

وفقًا للاتفاقية ، نقوم بتحليل ووصف تفاعلات الأحمر / الثور فيما يتعلق بـ إمكانات التخفيض، وهو مصطلح يصف كميًا "قدرة" المركب على اكتساب الإلكترونات. يتم تحديد قيمة إمكانية الاختزال هذه تجريبيًا ولكن لغرض هذه الدورة التدريبية ، نفترض أن القارئ سيقبل أن القيم المبلغ عنها صحيحة بشكل معقول. يمكننا تجسيد إمكانات الاختزال بالقول إنها مرتبطة بالقوة التي يمكن للمركب من خلالها "جذب" أو "سحب" أو "التقاط" الإلكترونات. ليس من المستغرب أن يرتبط هذا بالسلبية الكهربية ولكنه لا يتطابق معها.

ما هي هذه الخاصية الجوهرية لجذب الإلكترونات؟

المركبات المختلفة ، بناءً على بنيتها وتكوينها الذري ، لها عوامل جذب جوهرية ومميزة للإلكترونات. هذه الجودة تسمى إمكانية التخفيض أو E0 'وهي كمية نسبية (مقارنة ببعض "اساسي" تفاعل). إذا كان لمركب الاختبار "جاذبية" أقوى للإلكترونات من المعيار (إذا تنافس الاثنان ، فإن مركب الاختبار "يأخذ" الإلكترونات من المركب القياسي) ، فإننا نقول إن مركب الاختبار لديه إمكانية تخفيض موجبة يتناسب حجمها مع فكم بالحري الذي يريده من الإلكترونات أكثر من المركب القياسي. يتم قياس القوة النسبية للمركب مقارنة بالمعيار والإبلاغ عنها بوحدات فولت (V)(تكتب أحيانًا على هيئة إلكترون فولت أو eV) أو مللي فولت (بالسيارات). المركب المرجعي في معظم أبراج الأكسدة والاختزال هو H2.

ملاحظة: مناقشة محتملة

أعد الصياغة بنفسك: كيف تصف أو تفكر في الفرق بين مفهوم الكهربية وإمكانية الأكسدة والاختزال؟

برج الأكسدة

يمكن لجميع أنواع المركبات المشاركة في تفاعلات الأكسدة والاختزال. تم تطوير أداة لجدولة بيانية نصف تفاعلات الأكسدة والاختزال بناءً على E.0' القيم ولمساعدتنا على التنبؤ باتجاه تدفق الإلكترون بين المتبرعين والمقبلين للإلكترون المحتملين. يعتمد ما إذا كان مركب معين يمكن أن يعمل كمتبرع للإلكترون (مختزل) أو متقبل للإلكترون (مؤكسد) بشكل حاسم على المركب الآخر الذي يتفاعل معه. عادةً ما يصنف برج الإلكترون مجموعة متنوعة من المركبات الشائعة (تفاعلاتها النصفية) من معظم E سالب0'، المركبات التي تتخلص بسهولة من الإلكترونات ، إلى الموجبة E الأكثر0'والمركبات الأكثر احتمالاً لقبول الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، تتم كتابة كل نصف تفاعل بالاتفاق مع الشكل المؤكسد على اليسار / متبوعًا بالصيغة المختصرة على يمين الشرطة المائلة.
على سبيل المثال رد الفعل النصف للحد من NAD+ إلى NADH هو مكتوب: NAD+/ NADH. في البرج أدناه ، يتم أيضًا سرد عدد الإلكترونات التي يتم نقلها. على سبيل المثال الحد من NAD+ ل NADH يتضمن إلكترونين ، مكتوبين في الجدول كـ 2e-.

يظهر برج الإلكترون أدناه.

برج الثور الأحمر الشائع المستخدم في Bis2A. وفقًا للاتفاقية ، تتم كتابة تفاعلات نصف البرج بالشكل المؤكسد للمركب على اليسار والشكل المختزل على اليمين. تم العثور على المركبات التي تجعل مانحًا ممتازًا للإلكترون في الجزء العلوي من البرج. تعتبر المركبات مثل الجلوكوز وغاز الهيدروجين مانحين ممتازين للإلكترون. لاحظ أنه تم العثور عليها على الجانب الأيمن من تفاعلات نصف زوج الثور / الأحمر. في الطرف الآخر من البرج توجد المركبات التي تصنع مستقبلات إلكترون نهائية ممتازة ، مثل الأكسجين والنتريت ، وتوجد هذه المركبات على الجانب الأيسر من الزوج الأحمر / الثور ولها E موجبة0' القيمة.

فيديو على برج الإلكترون

للحصول على فيديو قصير حول كيفية استخدام برج الإلكترون في مشاكل الأحمر / الثور ، انقر هنا. هذا الفيديو من صنع د. إيسلون لطلاب Bis2A. (هذا مفيد للغاية.)

ما هي العلاقة بين ΔE0' و ΔG?

يصبح السؤال الآن: كيف نعرف ما إذا كان أي تفاعل معطى للأكسدة والاختزال عفويًا بقوة أم لا (طارد للطاقة أو مفاقم الطاقة) وبغض النظر عن الاتجاه ، ما هو فرق الطاقة الحرة؟ تكمن الإجابة في الاختلاف في إمكانات الاختزال للمركبين. الفرق في احتمال الاختزال للتفاعل أو E0 ' لرد الفعل ، هو الفرق بين E.0' ل مؤكسد (المركب الذي يحصل على الإلكترونات ويسبب أكسدة المركب الآخر) و مختزل (المركب الذي يفقد الإلكترونات). في المثال العام أدناه ، AH هو الاختزال و B+ هو المؤكسد. تتحرك الإلكترونات من AH إلى B.+. باستخدام حرف E.0' من -0.32 للمختزل و 0.82 للمؤكسد ، التغيير الكلي في E0' أو ΔE0 ' هو 1.14 فولت.

تفاعل الأكسدة والاختزال العام مع نصف تفاعلات مكتوبة بإمكانية الاختزال (E.0') من نصفي ردود الفعل المشار إليها.

التغيير في ΔE0' يرتبط بالتغييرات في طاقة جيبس ​​الحرة ، ΔG. بشكل عام كبير ΔE إيجابي0' يتناسب مع ΔG سالب كبير. ردود الفعل مفرطة وعفوية. لكي يكون التفاعل مفرط الطاقة ، يجب أن يكون للتفاعل تغير سلبي في الطاقة الحرة أو -ΔG، هذا سوف يتوافق مع الإيجابية ΔE0'. بعبارة أخرى ، عندما تتدفق الإلكترونات "منحدرًا" في تفاعل أكسدة اختزال من مركب بقدرة اختزال أعلى (أكثر إيجابية) إلى مركب آخر بقدرة اختزال أقل (أقل إيجابية) ، فإنها تطلق طاقة حرة. كلما زاد الجهد ، ΔE0'بين المكونين ، كلما زادت الطاقة المتاحة عند حدوث تدفق الإلكترون. في الواقع ، من الممكن تحديد كمية الطاقة المجانية المتاحة. يتم إعطاء العلاقة بواسطة معادلة Nernst:

تتعلق معادلة نرنست بالطاقة الحرة لتفاعل الأكسدة والاختلاف مع الاختلاف في جهد الاختزال بين المنتجات المختزلة للتفاعل والمتفاعل المؤكسد.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

أين:

  • ن هو عدد مولات الإلكترونات المنقولة
  • F هو ثابت فاراداي البالغ 96.485 كيلو جول / فولت. في بعض الأحيان يتم إعطاؤه بوحدات kcal / V وهي 23.062 kcal / V ، وهي كمية الطاقة (بالكيلو جول أو كيلو كالوري) المنبعثة عندما يمر مول واحد من الإلكترونات عبر انخفاض محتمل قدره 1 فولت

ملحوظة

ما يجب أن تلاحظه هو أن ΔG و E لهما علاقة عكسية: عندما تكون G موجبة ، تكون E سالبة وعندما تكون G سالبة ، تكون E موجبة. للحصول على مراجعة إضافية ، راجع مناقشة الأكسدة والاختزال في دليل مناقشة Bis2A.

مقدمة عن ناقلات الطاقة المتنقلة

ملخص القسم

يتم تحريك الطاقة ونقلها داخل الخلية بعدة طرق. إحدى الآليات المهمة التي طورتها الطبيعة هي استخدام ناقلات الطاقة الجزيئية القابلة لإعادة التدوير. في حين أن هناك العديد من ناقلات الطاقة الرئيسية القابلة لإعادة التدوير ، فإنها تشترك جميعًا في بعض الميزات الوظيفية المشتركة:

خصائص ناقلات الطاقة الجزيئية الخلوية الرئيسية

  • نعتقد أن ناقلات الطاقة موجودة في "مجمعات" من شركات النقل المتاحة. يمكن للمرء ، على سبيل القياس ، اعتبار ناقلات الطاقة المتنقلة هذه مماثلة لمركبات توصيل ناقلات الطرود - تمتلك الشركة "مجموعة" معينة من المركبات المتاحة في أي وقت لالتقاط وتسليم الشحنات.
  • يمكن أن يوجد كل ناقل فردي في البركة في واحدة من عدة حالات متميزة: إما أنه يحمل "حمولة" من الطاقة ، أو حمولة جزئية ، أو "فارغة". يمكن للجزيء أن يتحول بين "محمّل" وفارغ وبالتالي يمكن إعادة تدويره. مرة أخرى عن طريق القياس ، يمكن أن تكون مركبات التوصيل إما تحمل طرودًا أو تكون فارغة وتتحول بين هذه الحالات.
  • التوازن أو النسبة في المجموعة بين الحاملات "المحملة" و "غير المحملة" مهمة للوظيفة الخلوية ، تنظمها الخلية ويمكنها في كثير من الأحيان إخبارنا بشيء عن حالة الخلية. وبالمثل ، تحتفظ خدمة نقل الطرود بعلامات تبويب وثيقة حول مدى امتلاء أو تفريغ سيارات التوصيل الخاصة بهم - إذا كانت ممتلئة جدًا ، فقد لا تكون هناك شاحنات "فارغة" كافية لالتقاط طرود جديدة ؛ إذا كانت فارغة جدًا ، يجب ألا تسير الأعمال على ما يرام أو يتم إغلاقها ؛ هناك توازن مناسب لمواقف مختلفة.

في هذه الدورة سوف ندرس نوعين رئيسيين من ناقلات الطاقة الجزيئية القابلة لإعادة التدوير: (1) نيوكليوتيدات الأدينين ، على وجه التحديد: نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +)، وهو قريب نيكوتيناميد فوسفات الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADP +)، و فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD2 +) و (2) النوكليوتيدات أحادية وثنائية وثلاثي الفوسفات ، مع إيلاء اهتمام خاص لها ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). يشارك كل نوع من هذين النوعين من الجزيئات في نقل الطاقة الذي يتضمن فئات مختلفة من التفاعلات الكيميائية. ترتبط نيوكليوتيدات الأدينين بشكل أساسي بكيمياء الأكسدة والاختزال بينما ترتبط النوكليوتيدات ثلاثية الفوسفات بنقل الطاقة المرتبطة بالتحلل المائي أو تكثيف الفوسفات غير العضوي.

كيمياء الأكسدة والاختزال وحاملات الإلكترون

تؤدي أكسدة أو إزالة إلكترون من جزيء (سواء كان مصحوبًا بإزالة البروتون المصاحب أم لا) إلى تغيير الطاقة الحرة لذلك الجزيء - تغيرت المادة والطاقة الداخلية والإنتروبيا في هذه العملية . وبالمثل ، يؤدي تقليل (اكتساب الإلكترون على) الجزيء أيضًا إلى تغيير طاقته الحرة. يحدد حجم التغيير في الطاقة الحرة واتجاهها (موجب أو سلبي) لتفاعل الأكسدة والاختزال عفوية التفاعل ومقدار الطاقة المنقولة. في الأنظمة البيولوجية ، حيث يحدث قدر كبير من نقل الطاقة عبر تفاعلات الأكسدة والاختزال ، من المهم فهم كيفية توسط هذه التفاعلات والبدء في التفكير في الأفكار أو الفرضيات حول سبب توسط هذه التفاعلات في كثير من الحالات بواسطة عائلة صغيرة من ناقلات الإلكترون .

ملحوظة

مناقشة ممكنة: تعد المشكلة التي تم التلميح إليها في سؤال المناقشة السابق مكانًا رائعًا لبدء تقديم نموذج تقييم تحدي التصميم. إذا كنت تتذكر ، فإن الخطوة الأولى من نموذج التقييم تطلب منك تحديد مشكلة أو سؤال. في هذه الحالة ، دعنا نتخيل أن هناك مشكلة في تحديد أي من الشركات الحاملة للإلكترونات المحمولة أدناه ساعدت Nature في حلها.

*** --- تذكر أن التطور لا يقدم حلولًا هندسية للمشكلات ، ولكن في وقت لاحق يمكننا استخدام خيالنا ومنطقنا لاستنتاج أن ما نراه محفوظًا بواسطة الانتقاء الطبيعي يوفر ميزة انتقائية لأن الابتكار الطبيعي "حل" مشكلة نجاح محدود. - ***

تحدي التصميم لناقلات الأكسدة والاختزال

  • ما هي المشكلة (المشكلات) التي ساعد تطور حاملات الإلكترون / الأكسدة والاختزال في حلها؟
  • تطلب منك الخطوة التالية من تحدي التصميم تحديد معايير الحلول الناجحة. ما هي معايير النجاح في المشكلة التي حددتها؟
  • تطلب منك الخطوة 3 في تحدي التصميم تحديد الحلول الممكنة. حسنًا ، حددت الطبيعة بعضًا لنا - نعتبر ثلاثة في القراءة أدناه. يبدو أن الطبيعة سعيدة بوجود حلول متعددة لهذه المشكلة.
  • تطلب منك الخطوة قبل الأخيرة من نموذج تقييم تحدي التصميم تقييم الحلول المقترحة وفقًا لمعايير النجاح. هذا يجب أن يجعلك تفكر / تناقش سبب وجود العديد من ناقلات الإلكترون المختلفة؟ هل هناك معايير مختلفة للنجاح؟ هل كل منهما يحل مشاكل مختلفة قليلاً؟ ماذا تعتقد؟ كن على اطلاع بينما نمر بعملية التمثيل الغذائي بحثًا عن أدلة.

NAD+/ ح و FADH / ح2

في الأنظمة الحية ، تعمل فئة صغيرة من المركبات كمكوكات إلكترونية: فهي تربط الإلكترونات وتحملها بين المركبات في مسارات أيضية مختلفة. حوامل الإلكترون الرئيسية التي سننظر فيها مشتقة من مجموعة فيتامين ب وهي مشتقات من النيوكليوتيدات. يمكن اختزال هذه المركبات (أي أنها تقبل الإلكترونات) أو تتأكسد (تفقد الإلكترونات) اعتمادًا على إمكانات الاختزال لمتبرع أو متقبل للإلكترون محتمل أنها قد تنقل الإلكترونات من وإلى. نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD+) (الهيكل موضح أدناه) مشتق من فيتامين ب3النياسين. NAD+ هو الشكل المؤكسد للجزيء ؛ NADH هو الشكل المختزل للجزيء بعد أن يقبل إلكترونين وبروتون (وهما معًا ما يعادل ذرة هيدروجين مع إلكترون إضافي).

نتوقع منك حفظ شكلي NAD + / NADH ، ومعرفة أيهما مؤكسد وما هو الشكل المختزل ، وتكون قادرًا على التعرف على أي من النموذجين على الفور في سياق تفاعل كيميائي.

NAD+ يمكن أن يقبل الإلكترونات من جزيء عضوي وفقًا للمعادلة العامة:

القليل من مراجعة المفردات: عندما تُضاف إلكترونات إلى مركب ، يُقال أن المركب كان كذلك انخفاض. يسمى المركب الذي ينقص آخر (يتبرع بالإلكترونات) أ الحد من وكيل. في المعادلة أعلاه ، RH هو عامل مختزل ، و NAD+ يتم تقليله إلى NADH. عندما تُزال الإلكترونات من المركب ، تتأكسد. يسمى المركب الذي يؤكسد آخر عامل مؤكسد. في المعادلة أعلاه ، NAD + هو عامل مؤكسد ، ويتأكسد RH إلى R.

تحتاج إلى الحصول على هذا! سنقوم (أ) باختبار قدرتك على القيام بذلك تحديدًا - كأسئلة "سهلة" و (ب) سنستخدم المصطلحات مع توقع أنك تعرف ما تعنيه ويمكن ربطها بالتفاعلات الكيميائية الحيوية بشكل صحيح (في الفصل وعلى مدار اليوم) الاختبارات).

ستواجه أيضًا نوعًا آخر من NAD+، NADP+. إنه مشابه جدًا من الناحية الهيكلية لـ NAD+ لكنها تحتوي على مجموعة فوسفات إضافية وتلعب دورًا مهمًا في التفاعلات الابتنائية مثل التمثيل الضوئي. حامل إلكترون آخر قائم على النوكليوتيدات ستواجهه أيضًا في هذه الدورة التدريبية وما بعدها ، وهو فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD+) مشتق من فيتامين ب2، ويسمى أيضًا الريبوفلافين. شكله المصغر هو FADH2. تعلم كيفية التعرف على هذه الجزيئات كحاملات للإلكترون أيضًا.

الشكل المؤكسد لحامل الإلكترون (NAD+) على اليسار والشكل المصغر (NADH) يظهر على اليمين. تحتوي القاعدة النيتروجينية في NADH على أيون هيدروجين واحد وإلكترونين أكثر من NAD+.

NAD+ تُستخدم بواسطة الخلية "لسحب" الإلكترونات من المركبات و "حملها" إلى مواقع أخرى داخل الخلية ، ومن ثم يتم تسميتها ناقلات الإلكترون. NAD+تُستخدم مركبات / H في العديد من عمليات التمثيل الغذائي التي سنناقشها في هذه الفئة. على سبيل المثال ، في شكله المؤكسد NAD+ يستخدم كمتفاعل في تحلل السكر ودورة TCA ، بينما في شكله المختزل (NADH) يكون متفاعلًا في التخمير وسلسلة نقل الإلكترون (ETC). ستتم مناقشة كل من هذه العمليات في وحدات لاحقة.

قصة الطاقة لتفاعل الأكسدة والاختزال

*** كقاعدة عامة ، عندما نرى NAD+/ H كمتفاعل أو منتج نعلم أننا ننظر إلى تفاعل الأكسدة والاختزال. ***

عندما يكون NADH منتجًا و NAD+ هو متفاعل نعلم أنه NAD+ أصبح مخفضًا (مكونًا NADH) لذلك يجب أن يكون المتفاعل الآخر هو المتبرع للإلكترون وأصبح مؤكسدًا. والعكس صحيح أيضًا. إذا أصبح NADH NAD+، ثم يجب أن يكون المتفاعل الآخر قد اكتسب الإلكترون من NADH وأصبح مختزلًا.

يوضح هذا التفاعل تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك إلى جانب تحويل NADH إلى NAD+. المصدر: https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/sequential_reactions

في الشكل أعلاه ، نرى تفاعل البيروفات يتحول إلى حمض اللاكتيك ، إلى جانب تحويل NADH إلى NAD +. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة LDH. باستخدام "القاعدة الأساسية" أعلاه ، نصنف هذا التفاعل على أنه تفاعل أكسدة واختزال. NADH هو الشكل المصغر لحامل الإلكترون ويتم تحويل NADH إلى NAD+. ينتج عن هذا النصف من التفاعل أكسدة حامل الإلكترون. يتم تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك في هذا التفاعل. كل من هذه السكريات مشحونة سالبة لذلك سيكون من الصعب معرفة المركب الذي يتم تقليله بشكل أكبر باستخدام شحنات المركبات. ومع ذلك ، فإننا نعلم أن البيروفات قد تقلص لتكوين حمض اللاكتيك لأن هذا التحويل مقترن بأكسدة NADH إلى NAD+. ولكن كيف يمكننا معرفة أن حمض اللاكتيك أقل من البيروفات؟ الجواب هو النظر إلى روابط الكربون والهيدروجين في كلا المركبين. أثناء نقل الإلكترونات ، غالبًا ما تكون مصحوبة بذرة هيدروجين. يوجد إجمالي 3 روابط C-H في البيروفات ويوجد إجمالي 4 روابط C-H في حمض اللاكتيك. عندما نقارن هذين المركبين في الحالة السابقة واللاحقة ، نرى أن حمض اللاكتيك يحتوي على رابطة C-H أخرى ، وبالتالي ، يكون حمض اللاكتيك أقل من البيروفات. هذا صحيح بالنسبة للمركبات المتعددة. على سبيل المثال ، الشكل أدناه ، يجب أن تكون قادرًا على ترتيب المركبات من الأكثر إلى الأقل مخفضة باستخدام روابط C-H كدليل لك.

أعلاه عبارة عن سلسلة من المركبات التي يمكن تصنيفها أو إعادة تنظيمها من الأكثر إلى الأقل تخفيضًا. قارن عدد روابط C-H في كل مركب. لا يحتوي ثاني أكسيد الكربون على روابط C-H وهو أكثر أشكال الكربون المؤكسدة التي سنناقشها في هذه الفئة. الإجابة: الأكثر اختزالًا هو الميثان (المركب 3) ، ثم الميثانول (4) ، والفورمالديهايد (1) ، وحمض الكربوكسيل (2) ، وأخيراً ثاني أكسيد الكربون (5).

يوضح هذا التفاعل تحويل G3P و Pi و NAD + إلى NADH و 1،3-BPG. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase.

قصة الطاقة للتفاعل المحفز جليسيرالديهيد -3 فوسفات ديهيدروجينيز:

دعنا نصنع قصة طاقة للتفاعل أعلاه.

أولاً ، دعنا نميز المتفاعلات والمنتجات. المواد المتفاعلة هي Glyceraldehyde-3-phosphate (مركب كربون) ، Pi (فوسفات غير عضوي) و NAD+. تدخل هذه المواد المتفاعلة الثلاثة في تفاعل كيميائي لإنتاج منتجين ، NADH و 1،3-Bisphosphoglycerate. إذا نظرت عن كثب ، يمكنك أن ترى أن 1،3-BPG تحتوي على اثنين من الفوسفات. هذا مهم عندما نتحقق مرة أخرى من عدم فقدان أي كتلة. هناك نوعان من الفوسفات في المواد المتفاعلة لذلك يجب أن يكون هناك فوسفاتان في المنتجات (حفظ الكتلة!). يمكنك التحقق مرة أخرى من احتساب جميع الذرات الأخرى أيضًا. الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل يسمى Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. إن التغير القياسي في الطاقة الحرة لهذا التفاعل هو 6.3 كيلو جول / مول ، لذا في ظل الظروف القياسية يمكننا القول أن الطاقة الحرة للمنتجات أعلى من تلك الخاصة بالمواد المتفاعلة وأن هذا التفاعل ليس تلقائيًا في ظل الظروف القياسية.

ماذا يمكننا أن نقول عن هذا التفاعل المحفز بواسطة glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase؟

هذا هو رد فعل الأكسدة والاختزال. نحن نعلم ذلك لأننا أنتجنا ناقل إلكترون مخفض (NADH) كمنتج و NAD+ متفاعل. من أين أتى الإلكترون ليصنع NADH؟ يجب أن يكون الإلكترون قد أتى من المتفاعل الآخر (مركب الكربون).

المناقشة الموصى بها

سنقضي بعض الوقت في فحص التفاعل المحفز بواسطة نازعة هيدروجين الغليسيرالديهيد -3 فوسفات بمزيد من التفاصيل بينما نتحرك خلال المحاضرات والنص. أول شيء يجب مناقشته هنا هو أن الشكل أعلاه هو نسخة مبسطة للغاية أو مختصرة للخطوات التي تحدث - يمكن للمرء في الواقع كسر هذا التفاعل أعلاه إلى تفاعلين مفاهيميين. هل يمكنك أن تتخيل ما يمكن أن يكون عليه هذان "الفرعان الفرعيان"؟ ناقش بين أنفسكم.

صالمناقشة الموصى بها

يشير النص أعلاه إلى أن التغيير القياسي في الطاقة الحرة لهذا التفاعل المعقد هو ~ + 6.3 كيلو جول / مول. في ظل الظروف القياسية ، لا يكون هذا التفاعل تلقائيًا. ومع ذلك ، يعد هذا أحد التفاعلات الرئيسية في أكسدة الجلوكوز. يحتاج للذهاب في الخلية. الأسئلة هي: لماذا من المهم ملاحظة أشياء مثل "التغيير القياسي في الطاقة الحرة" أو "في ظل الظروف القياسية" عند الإبلاغ عن ΔG °؟ ما الذي يمكن أن يحدث في الخلية ليجعل ما هو تحت الظروف القياسية رد فعل مائي "يذهب"؟


مخطط المحاضرة

هذا المخطط هو مؤقت وسيخضع للتغيير مع تطور الدورة. اذهب دائمًا إلى موقع الويب هذا للدورة التدريبية للحصول على المخطط الحالي.

تم تحديث المرض العقلي وجميع المحاضرات المتعلقة باللغات الآن

انظر المرض العقلي لقراءة تكميلية جديدة ودليل أمبير والإصدار 3 من ورقة موقف Scz

ماذا او ما يكون بيولوجيا العقل؟

1) مشكلة الترولي (HO) ، مقالة [رابط]

3) طوبولوجيا الدماغ الأساسية (بلوم الفصل 1)

الآلية الخلوية والكيميائية للدماغ الأول - الخلايا العصبية - إمكانات الفعل

الآلات الخلوية والكيميائية للمخ 2 - المشبك

2) عدد 2 فيديو (الخامس 24 ، الخامس 25- انظر في روابط المحاضرات)

تطور الدماغ وامتداده للحياة I

1) محاضرة [رابط] مقاطع فيديو (1 فيديو V.7)

2) مقال (جينات HO New Parkinson

3) كتاب مقالة راماشاندران (HO)

الإحساس الأول - الإحساس العام بالجسم

الإحساس الثاني - حواس خاصة (الرؤية ، الاختبار)

الحركة وأنظمة المحركات I

1) اقرأ مقالًا مسبقًا بعنوان "مواجهة الحياة". [رابط]

الحركة وأنظمة المحركات II

الدماغ اللاإرادي - التوازن الأول

الدماغ اللاإرادي - التوازن الثاني

إيقاعات الدماغ 1 - الدورات البيولوجية 1

3) بالإضافة إلى المزيد عن آليات الستيرويد

إيقاعات الدماغ 1 - الدورات البيولوجية 2 - (عدم التزامن- عمل التحول ، تأخر السفر)

إيقاعات الدماغ III - الدورات البيولوجية (الأساس الجيني)

إيقاعات الدماغ الرابع - محاضرة ضيف - د. بيرني بوسيدنت

الدماغ العاطفي الأول - الارتفاعات والانخفاضات في الدماغ

الدماغ العاطفي الثاني - الارتفاعات والانخفاضات في الدماغ

الدماغ العاطفي III - الارتفاعات والانخفاضات في الدماغ

التعلم والذاكرة في الدماغ 1 - أين 1؟

3) في رابط المحاضرة وصف جلالة الملك (غاز)

التعلم والذاكرة في الدماغ 1 - كيف 1؟

2) ذكرياتنا. رابط داخل المحاضرة

التعلم والذاكرة في المخ- III - كيف 2؟

2) HO - الفئران الذكية والحيوانات في البحث

بيولوجيا التفكير والوعي 1 - اللغة في الدماغ

Schizophrenia & amp fMRI reserach - د. بن برينت - محاضرة ضيف

بيولوجيا التفكير والوعي 2 - الهيمنة الدماغية

بيولوجيا التفكير والوعي III - أدلة الدماغ المنقسمة

الوظيفة الرابعة (استنتاج) 1) انقسام الدماغ ، عسر القراءة ، 2) الانتباه

2) محاضرة الانتباه واضطراباته / متلازمات بالينت والإهمال [رابط]

العقل المعطل الأول - المرض العقلي وعلاجه البيولوجي - الفصام

انظر الدكتور برنت 19 أبريل - ورقة موقف الفصام [رابط] الإصدار 3 + نشرة القراءة

العقل الخاطئ II - المرض العقلي وعلاجه البيولوجي - المزيد عن الفصام والاكتئاب

ملاحظات المحاضرة [رابط] / قراءة Scz-Environment [رابط] دليل [رابط] البريد الإلكتروني للاختبار [رابط] /

تحذير! لم يتم تحديث روابط المواد وأمبير أدناه هنا بشكل كامل لهذا العام

الامتحان الثالث - المسجل المقرر

لاحظ جيدًا: 1) في حين أن موضوعات المحاضرات / الاختبارات وتواريخ الأمبير ثابتة كما هو مذكور أعلاه ، فإن أي مادة أسفل تحذير التحديث إما متوقعة أو من الإصدار الأخير من الدورة التدريبية & amp ؛ يخضع للتغيير ويتم نشره فقط من أجل راحتك. 2) يمكنك توقع عدد كبير من القراءات الأولية الإضافية (المدرجة الآن سيتم الإعلان عنها لاحقًا). سيتم تحديث المخطط مع روابط لهذه على أساس متجدد حسب الاقتضاء.



تعليقات:

  1. Vigore

    أستميحك عذرا ، هذا لا يناسبني على الإطلاق.

  2. Hohnihohkaiyohos

    ليس لديها نظائر؟

  3. Bidziil

    رائع! ابتسم! أفتر - الاحترام!

  4. Wasim

    أعتقد أنك قد خدعت.

  5. Fell

    في ذلك شيء ما. شكرا لتفسير.

  6. Azi

    نعم نعم نعم! من الضروري رؤية كل شيء!

  7. Launcelot

    أعتذر ، لكني أعتقد أنك مخطئ. أعرض مناقشته.

  8. Grolkis

    أعتذر ، لكن في رأيي ، أنت مخطئ. اكتب لي في رئيس الوزراء ، سنناقش.



اكتب رسالة