Skip to main content
Global

7.2: אנרגיה במערכות חיות - אלקטרונים ואנרגיה

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    210591

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מטרות למידה
    • תאר את התפקיד שממלאים האלקטרונים בייצור ואחסון אנרגיה

    אלקטרונים ואנרגיה

    הסרת אלקטרון ממולקולה באמצעות תהליך הנקרא חמצון גורמת לירידה באנרגיה הפוטנציאלית המאוחסנת בתרכובת המחומצנת. כאשר מתרחש חמצון בתא, האלקטרון (לפעמים כחלק מאטום מימן) אינו נשאר קשור בציטופלזמה. במקום זאת, האלקטרון עובר לתרכובת שנייה, ומפחית את התרכובת השנייה (חמצון של מין אחד מתרחש תמיד במקביל להפחתה של אחר).

    המעבר של אלקטרון מתרכובת אחת לאחרת מסיר קצת אנרגיה פוטנציאלית מהתרכובת הראשונה (התרכובת המחומצנת) ומגדיל את האנרגיה הפוטנציאלית של התרכובת השנייה (התרכובת המופחתת). העברת אלקטרונים בין מולקולות באמצעות חמצון והפחתה חשובה מכיוון שרוב האנרגיה המאוחסנת באטומים היא בצורה של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה; אנרגיה זו משמשת לדלק תפקודים תאיים. העברת האנרגיה בצורה של אלקטרונים מאפשרת לתא להעביר ולהשתמש באנרגיה באופן מצטבר: באריזות קטנות ולא כפרץ יחיד והרסני.

    נשאי אלקטרונים

    במערכות חיות, מחלקה קטנה של מולקולות מתפקדת כמעבורות אלקטרונים: הן נקשרות ונושאות אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה בין תרכובות במסלולים תאיים. נשאי האלקטרונים העיקריים שנשקול נגזרים מקבוצת ויטמין B, שהם נגזרות של נוקלאוטידים. ניתן להפחית בקלות תרכובות אלה (כלומר, הן מקבלות אלקטרונים) או לחמצן (הן מאבדות אלקטרונים). ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד (NAD) נגזר מוויטמין B3, ניאצין. NAD + הוא הצורה המחומצנת של ניאצין; NADH היא הצורה המופחתת לאחר שקיבלה שני אלקטרונים ופרוטון (שביחד הם המקבילה לאטום מימן עם אלקטרון נוסף). ראוי לציין כי NAD + חייב לקבל שני אלקטרונים בבת אחת, זה לא יכול לשמש נושאת אלקטרון אחד.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): המבנה של NADH ו- NAD+: הצורה המחומצנת של נושא האלקטרונים (NAD+) מוצגת משמאל והצורה המופחתת (NADH) מוצגת מימין. לבסיס החנקני ב- NADH יש יון מימן אחד נוסף ושני אלקטרונים נוספים מאשר ב- NAD+.

    NAD + יכול לקבל אלקטרונים ממולקולה אורגנית על פי המשוואה הכללית:

    RH (סוכן צמצום) + NAD + (חומר מחמצן) → NADH (מופחת) + R (מחומצן)

    כאשר מוסיפים אלקטרונים לתרכובת, התרכובת מצטמצמת. תרכובת המפחיתה אחרת נקראת חומר צמצום. במשוואה לעיל, RH הוא חומר מפחית ו- NAD + מצטמצם ל- NADH. כאשר אלקטרונים מוסרים מתרכובת, התרכובת מתחמצנת. במשוואה לעיל, NAD + הוא חומר מחמצן ו-RH מתחמצן ל-R המולקולה NADH היא קריטית לנשימה תאית ולמסלולים מטבוליים אחרים.

    באופן דומה, פלבין אדנין דינוקלאוטיד (FAD +) נגזר מוויטמין B 2, הנקרא גם ריבופלבין. צורתו המופחתת היא FADH 2. וריאציה שנייה של NAD, NADP, מכילה קבוצת פוספט נוספת. גם NAD + וגם FAD+נמצאים בשימוש נרחב בהפקת אנרגיה מסוכרים, ו- NADP ממלא תפקיד חשוב בתגובות אנבוליות ובפוטוסינתזה.

    נקודות מפתח

    • כאשר מוסיפים אלקטרונים לתרכובת, התרכובת מצטמצמת; תרכובת שמפחיתה אחרת נקראת חומר מפחית.
    • כאשר מוציאים אלקטרונים מתרכובת, התרכובת נחשבת מחומצנת; תרכובת המחמצנת אחרת נקראת חומר מחמצן.
    • העברת האנרגיה בצורה של אלקטרונים מאפשרת לתא להעביר ולהשתמש באנרגיה באופן מצטבר.
    • נושאי האלקטרונים העיקריים הם NAD+ ו-NADH מכיוון שניתן לחמצן ולהקטין אותם בקלות, בהתאמה.
    • NAD+ היא הצורה המחומצנת של הניאצין ו- NADH היא הצורה המופחתת לאחר שקיבלה שני אלקטרונים ופרוטון.

    מונחי מפתח

    • חמצון: תגובה בה האטומים של יסוד מאבדים אלקטרונים והערכיות של היסוד עולה.
    • הפחתה: תגובה שבה אלקטרונים מתקבלים והערכיות מופחתת; לעתים קרובות על ידי הסרת חמצן או תוספת של מימן.
    • ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד: (NAD) קואנזים אורגני המעורב בתגובות חמצון והפחתה ביולוגיות.
    • מעבורת אלקטרונים: מולקולות הקושרות ונושאות אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה בין תרכובות במסלולים תאיים