세포호흡 - 전자 전달계의 진화

전자 전달계의 진화

 

 

 

세포와 유기체의 구조, 기능 및 진화의 대부분은 에너지의 필요성과 관련이 있습니다. 우리는 빛과 포도당의 산화와 같은 이종 소스로부터 에너지를 이용하는 기본 메커니즘이 같다는 것을 알았습니다. 분명히, ATP를 합성하기 위한 효과적인 방법은 진화 초기에 일어났으며 그 이후로 작은 변형으로 보존되어왔다. 중요한 개별 구성 요소인 ATP 합성 효소 산화 환원 구동 H+ 펌프 및 광 시스템은 어떻게 처음 발생했습니다. 진화하는 시간 척도에서 발생하는 사건에 대한 가설은 테스트하기가 어렵습니다. 그러나 오늘날의 일부 박테리아에서 생존하는 다양한 원시 전자 전달계 모두에서 단서가 풍부합니다. 수십억년 전에 지구 환경에 대한 지질학적 증거로 볼 수 있습니다.

 

 

발효로 아마도 가장 초기의 세포는 ATP를 생산

 

지구 위에 최초의 살아있는 세포 * 10개 이상의 3.5를 제기한 것으로 생각됩니다. 초기 지구 환경에는 산소가 없었지만 지질할적으로 생성된 유기 분자가 풍부했을 것으로 추정되며 ATP를 생성하기 위한 초기 대사경로 중 일부는 현재 발효 형태와 유사했을 수 있습니다.

 

발효 과정에서 ATP는 포도당과 같이 수소가 풍부한 유기 분자가 부분적으로 산화될 때 방출되는 에너지를 이용하는 인산화 이벤트에 의해 만들어집니다. 산화된 유기 분자로부터 손실된 전자는(NADA 또는 NADPH를 통해) 다른 유기 분자로 전달되어 더욱 감소합니다. 발효 과정의 마지막에 생성된 하나 이상의 유기분자는 대사 폐기물로서 배지로 배출됩니다. 피루베이트와 같은 다른 것들을 생합성을 위해 세포에 의해 유지됩니다.

 

배설된 최종 산물은 유기체마다 다르지만, 유기산인 경향이 있습니다. 세균 세포에서 해당 제품의 가장 중요한 것은 락트르산 및 메탄산, 아세트산, 프로피온산, 뷰티르산 및 선신산 입니다.

 

 

전자 전달계는 혐기성 박테리아가 발효할 수 없는 분자를 주요 에너지원으로 사용할 수 있게 했습니다.

 

초기 발효 과정은 ATP뿐만 아니라 필수 생합성에 필요한 환원력을 제공했을 것입니다. 따라서 발효가 유일한 에너지 생산 방식인 동안 많은 주요 대사 경로가 진화했을 수 있습니다. 그러나 시간이 지남에 따라 이 원핵생물의 대사 활동은 지역 환경을 변화시켜서 유기체가 새로운 생화학적 경로를 진화시키도록 강요했을 것입니다. 예를 들어 발효 폐기물의 축적 때문에 다음과 같은 일련의 변경이 발생했을 수 있습니다.

 

유기산의 지속적인 배설이 저하 산도 함수 트랜스 같은 것을 단백질의 방출에 유리한, 환경을 H +는 그 수 펌프 H + 아웃 세포 내 산성화 위험한 영향으로부터 보호하기 위한 셀을, 이 펌프 중 하나는 ATP 가수 분해에서 이용 가능한 에너지를 사용했을 수 있으며 현재 ATP 신차제의 조상이 될 수 있습니다.

빗발 효성 유기산이 환경에 축적되고 동시에 ATP를 소비하는 H+ 펌프, 지구 화학적으로 생성된 발효 가능한 영양분의 공급으로 펌프와 다른 모든 세포 공정에 에너지를 공급하는 진화를 선호하는 것과 동시에 줄어들고 있었습니다. 이것은 ATP를 가수 분해하지 않고 H+를 배출할 수 있는 박테리아를 선호하여, ATP가 다른 세포 활성을 위해 보존되도록합니다. 이러한 종류의 선택적인 압력은 H+를 수송하기 위한 에너지원으로서 다른 산화 환원 전위의 분자들 사이에서 전자 수송을 사용할 수 있는 최소의 막 결합 단백질을 초래할 수 있습니다. 원형질막을 가로질러 이들 단백질 중 일부는 축적된 빗발 효성 유기산 중에서 전자 공여체 및 전자 수용체를 발견했을 것입니다. 많은 이러한 전자 수송 단백질은 오늘날의 박테리아에서 발견될 수 있습니다. 일부 세균 메탄산 성장할 산 예를 들면 펌프 H+를 다른 것들의 무기기판의 산화 및 환원에만 전념하는 유사한 전자 수송 성분을 가지고 있습니다.

 

결국 일부 박테리아는 내부 pH를 유지하는데 필요한 것보다 더 많은 산화 환원 에너지를 이용할 수 있을 정도로 효율적인 H+ 펌프를 모두 가지고 있는 박테리아가 유리했습니다. 이들 세포에서 과도한 H+ 펌프질에 의해 생성된 큰 전기 화학적 양성자 구매는 양성자가 ATP- 구동된 H+ 펌프를 통해 세포내로 다시 누출되어 이들을 역으로 작동시켜서 ATP를 합성하기 위해 ATP 신차제로서 기능하도록 하였습니다. 그런 박테리아 때문에 발효 가능한 영양소의 공급 부족이 점점 줄어들면서 이웃을 희생시키면서 확산하였습니다.

 

 

 

무한한 전력 공급원을 제공함으로써, 광합성 박테리아가 주요 진화 장애를 극복했습니다.

 

방금 설명한 진화 단계는 중성 세포내 pH와 풍부한 에너질 저장량을 유지하는 문제를 해결했을 것이지만, 이러한 단계는 중성 세포내 pH와 풍부한 에너지 저장량을 유지하는 문제를 해결했을 것이지만, 이러한 단계는 마찬가지로 심각한 다른 문제를 해결하지는 못했을 것입니다. 환경으로부터 유기 영양소가 고갈됨에 따라 유기체는 다른 많은 세포 분자의 전구체 역할을 하는 당을 만들기 위해 대체 탄소원을 찾아야 한다는 것을 의미했습니다. 대기 중의 CO2가 풍부한 잠재적 탄소원을 제공했지만 탄수화물과 같은 유기 분자로 변환하기 위해서는 강한 전자 공여체에 의해 고정 CO2가 감소되어야합니다. 예를 들어, NADH 또는 NADPH와 같이 CO2로부터 각 단위를 생성하는데 필요한 고 에너지 전자를 제공할 수 있습니다. 세포 진화 초기에는 발효 생성물로서 강력한 환원제가 많았을 것입니다. 그러나 발효 가능한 영양분의 공급이 줄어들고 막이 결합된 ATP 합성효소가 대부분의 ATP를 생산하기 시작함에 따라 NADA 및 기타 환원제의 많은 공급이 사라졌을 것입니다. 따라서 세포가 강력한 환원제를 생성하는 새로운 방식으로 진화하는 것이 필수적이 되었습니다.