متابولیسم در موجودات 3

اهداف:

• آشنایی با حامل های الکترون
• آشنایی با شکل فعال و گروه حمل شونده در این حامل ها
• آشنایی با شکل احیا و اکسایش حامل های الکترون

شرح درس:

حال که متوجه شدیم مولکول واسطه بین واکنش های چرخه های تولید انرژی مولکول ATP است باید ببینیم انواع حامل های الکترون در بیوشیمی کدام ها هستند.

حامل های الکترون ها:

انتقال گروه فسفریل می تواند جهت پیش برد سایر واکنش های انرژی خواه مورد استفاده قرار می گیرد، انرژی، ساختار فضایی پروتئین را تغییر می دهد یا به عنوان سیگنالی برای تغییر فعالیت عمل می کند. دهنده گروه فسفریل در تمام این واکنش ها ATP است. به عبارت دیگر ATP یک حامل فعال شده گروه های فسفریل است زیرا انتقال گروه فسفریل از ATP یک فرایند انرژی زا است. در زیر به چند نوع حامل  فعال شده مهم اشاره شده است:

1-    حاملین فعال شده ی الکترون ها جهت اکسایش مواد سوختی: در موجودات هوازی پذیرنده نهایی الکترون در مولکول های سوختی اکسیژن است. با وجود این، الکترون ها مستقیماً به O₂ انتقال نمی یابند، بلکه مولکول های سوختی الکترون ها را به حاملین ویژه ای انتقال می دهند که این حامل ها یا نوکلئوتیدهای پیریدین دار و یا فلاوین دار هستند. سپس اشکال احیا شده این حامل ها الکترون های با پتانسیل بالا را به O₂ منتقل می کنند. نیکوتین امید ادنین دی نوکلئوتید یا همان NAD حامل اصلی الکترون در اکساش مولکول های سوختی است. قسمت واکنش پذیرNAD⁺  حلقه نیكوتین امید ان است. در اکسایش یک سوبسترا، حلقه نیکوتین امید NAD⁺  یک یون هیدروژن و دو الکترون را که معادل یک یون هیدرید هستند می پذیرد. شکل اکسایش یافته این مولکول به صورت NAD⁺  و شکل احیا شده اند NAD  است. از دیگر حاملین این گروه می توان به فلاوین ادنین دی نوکلئوتید اشاره کرد که در حالت اکسایش به صورت FAD و در حالت احیا به شکل FADH2 هستند. در انجام این عمل FAD شبیه NAD⁺   می تواند پذیرای دو الکترون باشد ولی بر خلاف NAD⁺  دو پروتون جذب می کند.

2-    حاملین فعال الکترون برای بیوسنتز احیایی: در فرایندهای بیوسنتزی الکترون هایی با پتانسیل بالاتر نیاز است بنابراین علاوه بر ATP ، توان احیایی نیز ضروری است. دهنده الکترون در بیشتر فرایندهای بیوسنتزی NADPH  است که شکل احیاشده نیکوتین امید ادنین دی نوکلئوتید فسفات می باشند. تفاوت NADPH با NADH  در بخش ادنوزین است که در NADPH با فسفات استری شده است. NADPH  در حمل الکترون ها شبیه NADH عمل می کند.با این وجود همیشه به خاطر داشته باشید که NADPH تقریباً به طور انحصاری در فرایندهای بیوسنتز احیایی به کار می رود در حالی که NADH  اساساً در تولید ATP  مورد استفاده قرار می گیرد.

3-    حاملین فعال شده ی ترکیبات دو کربنه: کوانزیم A، دیگر مولکول مهم در متابولیسم، حامل گروه های اسیل است. گروه های اسیل هم در کاتابولیسم مانند اکسایش اسیدهای چرب و هم در انابولیسم مانند سنتز لیپیدهای غشایی از ترکیبات مهمی به شمار می ایند. گروه های اسیل به CoA متصل شده و اسیل CoA  ساخته می شود.

لینک فیلم:

زیست پیش دانشگاهی طرح درس سوم

توضیح فیلم: مواد غذایی مانند قندها برای اینکه انرژی خود را به صورت ATP تبدیل کنند باید دچار فعل و انفعالاتی شوند که سبب می شود الکترون های خود را به مولکول های حامل الکترون تحویل داده و آن ها نیز این الکترون ها را به مقصد خود برسانند. از این مولکول های حامل می توان به NADH، FAD اشاره کرد.

استفاده از این حاملین در متابولیسم دارای دو مشخصه مهم است.

الف: حاملین ذکر شده در عدم حضور کاتالیزور به کندی با O₂ واكنش و یا هیدرولیز می شوند. بنابراین وجود كاتالیزور اختصاصی برای فعالیت آن ها ضروری است.

ب: بیشتر تبادلات گروه های فعال در متابولیسم به وسیله مجموعه ای نسبتاً کوچک از حاملین به انجام می رسد.

در جدول زیر می توانید برخی از حاملین الکترون به همراه بخش های حمل شونده را مشاهده نمایید.

در حقیقت استفاده از حاملین فعال شده سبب صرفه جویی بسیار بالا در سیستم های زیستی و به خصوص در واکنش های بیوشیمیایی می شود.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: فاضل سامانی