전자 수송 사슬 : 성분, 서열, 억제제 - 생물학 - 2025

전자 전달계는 막 내 단백질 분자 및 효소의 세트로 구성된다. 이름에서 알 수 있듯이 코엔자임 NADH 또는 FADH2에서 최종 수용체 인 O2 (분자 산소)로 전자를 이동하는 역할을합니다.

이 수송 과정에서 전자가 단백질에 부착 된 산화 환원 중심을 통해 코엔자임에서 분자 산소로 전달 될 때 방출되는 에너지는 에너지 생산 (ATP)과 관련이 있습니다. 이 에너지는 내부 미토콘드리아 막에서 생성되는 양성자 구배 덕분에 얻어집니다.

출처 : 사용자 : Rozzychan

이 운송 시스템은 적어도 두 가지 산화 상태에서 찾을 수있는 다양한 구성 요소로 구성됩니다. 그들 각각은 NADH 또는 FADH2에서 O2로 전자가 이동하는 동안 효과적으로 환원되고 재산 화됩니다.

코엔자임 NAD + 및 FAD는 다양한 기질의 산화의 결과로 지방산 산화 경로와 구연산 순환에서 감소합니다. 이러한 코엔자임은 이후 전자 수송 사슬에서 산화됩니다.

따라서 전자 수송 시스템은 서로 연결된 일련의 산화-환원 반응으로 구성됩니다.

체인 구성 요소

유기체의 종류에 따라 전자 수송 사슬을 구성하는 3 ~ 6 개의 성분이 관찰 될 수 있습니다. 전자 수송 과정과 산화 적 인산화에 의한 ATP 합성은 막에서 일어나는 과정입니다.

원핵 세포 (호기성 박테리아)의 경우 이러한 과정은 원형질막과 관련하여 발생합니다. 진핵 세포에서는 미토콘드리아 막에서 발생하므로 전자 수송의 구성 요소는 막의 내부에서 발견됩니다.

전자는 전자 수송 사슬을 구성하는 4 개의 복합체를 통해 점진적으로 전달됩니다.

각 복합체에는 보철 그룹 (접합 된 단백질의 비 아미노산 성분) 산화 환원과 관련된 여러 단백질 성분이있어 환원 가능성을 높일 수 있습니다.

또한이 수송 시스템은 플라 보 단백질과 같은 다양한 분자 종으로 구성됩니다. 유비 퀴논 (CoQ 또는 UQ)이라고도하는 코엔자임 Q; 사이토 크롬 b, c, c1, a 및 a3과 같은 다양한 사이토 크롬; Fe-S 그룹을 가진 단백질과 Cu에 부착 된 단백질. 이 분자들은 사이토 크롬 c를 제외하고 막에 결합합니다.

복합 I

NADH 코엔자임 퀴논 산화 환원 효소 또는 NADH 탈수소 효소라고 불리는 복합체 I는 약 45 개의 폴리 펩타이드 사슬로 구성되며 하나의 플라 빈 모노 뉴클레오티드 (FMN) 분자와 8 ~ 9 개의 Fe-S 클러스터를 포함합니다. 이름에서 알 수 있듯이이 복합체는 코엔자임 NADH에서 CoQ로 전자 쌍을 전달합니다.

NADH 탈수소 효소 복합체의 기능은 내부 미토콘드리아 막의 매트릭스 측면에있는 복합체에 NADH의 결합으로 시작됩니다. 그런 다음 전자는 NADH에서 FMN으로 이동됩니다. 결과적으로 전자는 환원 된 플라 빈 (FMNH2)에서 Fe-S가있는 단백질로 전달됩니다.

FMNH2는 NADH와 Fe-S 단백질 사이의 일종의 가교 역할을합니다. 후자는 단일 전자 만 전달할 수있는 반면, 코엔자임 NADH는 2 개를 전달하므로 플라 빈은 다음과 같은 이유로 단일 전자의 전달을 수행합니다. 세미 퀴 논의 산화 환원 상태로.

마지막으로 전자는 Fe-S 클러스터에서 코엔자임 Q로 전달되는데, 이는 이소 프레 노이드 꼬리를 가진 이동성 전자 운반체로 소수성을 만들어 미토콘드리아 막의 중심을 통과 할 수 있도록합니다.

복합 II

석시 네이트 탈수소 효소로 더 잘 알려진 복합체 II는 내부 미토콘드리아 막의 통합 단백질이며 구연산 순환에 개입하는 효소입니다.

이 복합체는 플라 보 단백질과 Fe-S가있는 단백질 외에도 CoQ에 대한 결합 부위를 제공하는 heme b 그룹이있는 2 개의 친수성 및 2 개의 소수성 서브 유닛으로 구성됩니다.

구연산 회로 (Krebs 또는 트리 카르 복실 산 회로)에서 숙시 네이트는 숙시 네이트 탈수소 효소에 의해 푸마 레이트로 전환되어 조효소 FAD를 FADH2로 감소시킵니다. 후자의 코엔자임에서 전자는 Fe-S 중심으로 전달되어 CoQ로 전달됩니다.

이 전자 전달의 반응 동안 표준 산화 환원 전위는 매우 낮아 ATP 합성에 필요한 자유 에너지가 방출되는 것을 방지합니다.

이것은 복합 II가 ATP 합성을위한 에너지를 제공 할 수없는 전자 수송 사슬에서 유일한 복합물이라는 것을 의미합니다. 그러나이 복합체는 FADH2에서 나머지 체인으로 전자를 전송하기 때문에 프로세스의 핵심입니다.

III 단지

Complex III, cytochrome bc1 complex 또는 CoQ cytochrome c reductase는 환원 된 코엔자임 Q에서 cytochrome c로 전자를 전달합니다. 이 전달은 Q 사이클로 알려진 단일 산화 환원 경로를 통해 발생합니다.

이 복합체는 Fe-S 단백질과 3 개의 다른 사이토 크롬으로 구성되며, 헴 그룹에 위치한 철 원자는 환원 (Fe2 +) 상태와 산화 (Fe3 +) 상태 사이에서 주기적으로 달라집니다.

시토크롬은 산화 환원 활성을 갖는 전자 수송 혈 단백질입니다. 일부 혐기성 미생물을 제외한 모든 유기체에 존재합니다.

이 단백질은 두 개의 산화 상태 (Fe2 + 및 Fe3 +)를 번갈아 가며 헴 그룹을 가지고 있습니다. 시토크롬 c는 미토콘드리아의 내막과 약하게 연관된 이동성 전자 운반체입니다.

이 복합체에서 발견되는 사이토 크롬은 사이토 크롬 b, c 및 a이며, 3 개 모두 Fe2 +와 Fe3 + 사이에서 산화 상태를 번갈아 가며 다른 특성을 가진 해 그룹을 가진 산화 환원 활성 단백질입니다.

사이토 크롬 c는 사이토 크롬 c1 및 복합체 IV와 함께 전자 "셔틀"역할을하는 말초 막 단백질입니다.

콤플렉스 IV

사이토 크롬 c와 O2는 유기 물질의 산화에서 파생 된 전자의 최종 수용체이므로 복합 IV 또는 사이토 크롬 c 산화 효소는 전자 수송 과정에서 말단 효소입니다. 이것은 사이토 크롬 c에서 전자를 받아 O2 환원으로 전달합니다.

이 복합체의 기능은 환원 된 사이토 크롬 c의 4 개의 연속 분자 중 하나의 전자의 산화를 촉매하는 것입니다. 즉, O2 1 분자의 4 개의 전자를 동시에 환원시켜 최종적으로 2 개의 H2O 분자를 생성합니다.

전자 수송 순서

전자는 코엔자임 Q 덕분에 복합체 I 및 II에서 복합체 III로 전달되고 거기에서 사이토 크롬 c를 통해 복합체 IV로 전달됩니다. 전자가이 4 개의 복합체를 통과하면 환원 전위가 증가하여 에너지를 방출하여 ATP 합성에 사용됩니다.

전체적으로 한 쌍의 전자가 이동하면 막을 통해 10 개의 양성자가 전좌됩니다. 단지 I 및 IV에서 4 개, 단지 III에서 2 개.

NADH 탈수소 효소

이 효소는 코엔자임 Q에 의한 코엔자임 NADH의 산화를 촉매합니다. 전자는 NADH에서 복합 I의 친수성 꼬리에 부착 된 FMN으로 이동합니다. Fe-S의 클러스터는 전자를 한 번에 하나씩 전달합니다. 이러한 Fe-S 그룹은 막에 내장 된 CoQ를 유비 퀴놀 (감소 된 CoQ)로 감소시킵니다.

전자가 CoQ로 이동하는 동안 4 개의 양성자가 차례로 내부 막을 통해 막간 공간으로 이동합니다. 이러한 양성자가 전위되는 메커니즘은 복합체 I의 소수성 꼬리에 위치한 단백질을 포함합니다.

이 단계에서 전자 전달 과정은 자유 에너지, 특히 -16.6 kcal / mol을 방출합니다.

CoQ- 사이토 크롬 c 환원 효소 및 사이클 Q

코엔자임 Q는이 코엔자임에 의해 촉매되는 반응에서 시토크롬 c에 의해 산화됩니다. 유비 퀴놀의 산화 (감소 된 CoQ)는 미토콘드리아 막에있는 복합체의 특정 부위 (Qo 또는 산화 부위)에서 발생하여 하나는 Fe-S 그룹이있는 단백질로, 다른 하나는 헴 그룹으로 전달됩니다.

Q 사이클에서 CoQ의 산화는 전자가 헴 그룹 b1 및 bh로 전달되는 세미 퀴논을 생성합니다. 이 전자 전달이 발생하면 두 번째 CoQ가 Qo 사이트에서 산화되어주기를 반복합니다.

이 순환은 두 개의 전자를 전달하고 차례로 네 개의 양성자를 막간 공간으로 전좌시켜 -10.64 kcal / mol의 자유 에너지를 방출합니다.

시토크롬 C 산화 효소

이 효소 (복합체 IV)는 최종 전자 수용체 인 O2에 의한 사이토 크롬 c (환원)의 산화를 촉매합니다. 이 전달은 막을 통한 양성자의 전좌 외에도 전달 된 각 전자 쌍에 대해 하나의 H2O 분자를 생성합니다.

전자는 환원 된 사이토 크롬 c에서 한 쌍의 CuA 이온으로 하나씩 이동 한 다음 헴 그룹으로 전달되어 마지막으로 4 개의 전자가 전달되는 CuB 이온과 헴 a3를 포함하는 복합체의 이핵 중심에 도달합니다. 산소까지.

복합 IV에서 원소는 전자를 하나씩 전달하므로 O2가 점차 감소하여 슈퍼 옥사이드, 과산화수소 또는 하이드 록실 라디칼과 같은 일부 독성 화합물의 방출이 발생하지 않습니다.

이 단계에서 방출되는 에너지는 -32 kcal / mol에 해당합니다. 전달 과정에서 생성 된 전기 화학적 구배와 전자 쌍이 4 개의 복합체를 통과 할 때 발생하는 에너지 변화 (ΔE)는 각 단계에서 ATP 분자 생성에 필요한 자유 에너지에 해당합니다.

석시 네이트 탈수소 효소

언급했듯이,이 복합체는 구연산 회로에서 전자 수송 사슬로 FADH2의 전자를 도입하는 유일한 기능을 가지고 있습니다.

이 효소는 코엔자임 Q (산화)에 의한 코엔자임 FADH2의 산화를 촉매합니다. 구연산 회로에서 숙시 네이트가 푸마 레이트로 산화됨에 따라 두 개의 전자와 두 개의 양성자가 FAD로 전달됩니다. 그 후, FADH2는 이러한 전자를 복합체의 Fe-S 중심을 통해 CoQ로 전달합니다.

마지막으로 CoQ에서 전자는 위에서 설명한 단계에 따라 복합 III으로 전달됩니다.

사슬의 복합체는 독립적입니다.

전자 수송 사슬을 구성하는 4 개의 복합체는 독립적입니다. 즉, 내부 미토콘드리아 막에서 독립적으로 발견되고 작동하며, 막에서 이들 각각의 움직임은 다른 복합체에 의존하거나 연결되지 않습니다.

복합물 I과 II는 막에서 이동하여 전자를 CoQ로 전달합니다.이 전자는 또한 막에서 확산되어 복합 III로 전달됩니다. 여기서 전자는 시토크롬 c로 전달됩니다. 여기서 전자는 세포막에서 이동하여 전자를 침전시킵니다. 복잡한 IV.

전자 운송 체인의 억제제

일부 특정 억제제는 그 과정을 방해하는 전자 수송 사슬에 작용합니다. Rotenone은 화학 양 론적으로 복합체 I에 결합하여 CoQ 감소를 방지하는 일반적으로 사용되는 살충제입니다.

Piericidin 및 Amytal과 같은 일부 바르비 투르 산염 유형 약물은 복합체 I를 억제하여 Fe-S 그룹에서 CoQ 로의 전자 전달을 방해합니다.

복합체 II에서, 테 노일 트리 플루오로 아세톤 및 말로 네이트와 같은 일부 화합물은 숙시 네이트와 경쟁 억제제로 작용하여 산화를 방지하고 차례로 전자가 FAD로 이동하는 것을 방지합니다.

myxothiazol 및 stigmatellin과 같은 일부 항생제는 CoQ의 Q 결합 부위에 결합하여 코엔자임 Q에서 단백질의 Fe-S 중심으로의 전자 이동을 억제합니다.

시안화물, 아 지드 (N3-), 황산 및 일산화탄소는 복합체 IV를 억제합니다. 이 화합물은 헴 그룹에 결합하여 전자가 복합체의 이핵 중심 또는 산소 (O2)로 이동하는 것을 방지합니다.

전자 수송 사슬을 억제함으로써 산화 적 인산화에 의해 에너지 생산이 중단되어 신체에 심각한 손상을 입히고 심지어 사망까지 초래합니다.

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