تكون مكونات السلسلة التنفسية مرتبة بحسب تزايد جهود (الاكسدة-الاختزال)

يوضح (الشكل 14-3) المكونات الرئيسة للسلسلة التنفسية. ويتم جريان (انتقال) الإلكترونات والهيدروجين عبر السلسلة على مراحل: من المقومات ذات جهد (الاكسدة-الاختزال) الأكثر سلبية إلى المقومات ذات كمون او جهد (الاكسدة-الاختزال) الأكثر إيجابية (من الأكثر كهرسلبية إلى الاكثر كهرجابية)، من خلال فرق بجهد (الاكسدة-الاختزال) يساوى 1.1 فولطاً بدءاً من NAD, / NADH وانتهاء د O2/H2 O (الجدول 13-1).

تتألف السلسلة التنفسية في المتقدرات من عدد من نواقل الاكسدة — الاختزال التي تبدأ من جملة نازعات الهيدروجين المرتبطة بـ NAD وتمر يالفلافوبروتينات والسيتوكرومات، لتنتهي بالأكسجين الجزيئي. ولا ترتبط كافة الركائز بالسلسلة التنفسية عن طريق نازعات الهيدروجين النوعية للـ NAD ؛ فبعض هذه الركائز لها جود (اكسدة - اختزال ) أكثر إيجابية (مثل الزوج فومارات / سكسينات؛ الجدول 14-1) لذلك فهي تكون مرتبطة بشكل مباشر بنازعات الهيدروجين المعتمدة على الغلاثين، التي بدورها تكون مرتبطة بالسيتوكرومات في السلسلة التنفسية (الشكل 14-4).

الشكل 14-3 : نقل المكافئات المرجعة خلال السلسلة التنفسية.

الشكل 14-4 : مكونات السلسلة التنفسية في المتقروات والتي تبين نقاط تجميع المكافئات المرجعة من الركائز المهمة. يوجد FeS في تسلسلات من جهة 02 في البروتين الفلافيني أو السيتوكروم b.

لقد أصبح واضحا بأنه يوجد ناقل إضافي في السلسلة التنفسية يقوم بربط بالفلافوبروتينات بالسيتوكروم b، والذي هو المكون ذو جهود (الاكسدة-الاختزال) الأخفض في سلسلة السيتوكرومات الموجودة في السلسلة التنفسية. توجد هذه المادة، التي سميت باليوبيكينون أو Q (شيم الإنزيم Q)؛ (انظر الشكل 14-5)، في المتقدرات على شكل كينون مؤكسد في الشروط الحيوانية، وعلى شكل كينول مرجع في الشروط اللاهوائية. ويعد Q أحد المقومات الدهنية في المتقدرات أما الأخرى فهي الشحميات الفوسفورية الأكثر سيادة، والتي تشكل جزءاً مهماً من الغشاء المتقدري.

إن بنية Q مشابهة كثيراً لبنية الفيتامين K والفيتامين E . كما أنها تشبه مركب البلاستوكينون الموجود في الصانعات الاضراء (في النباتات). حيث تتميز جميع هذه المواد الموصوفة أعلاه باحتوائها سلسلة جانبية متعددة الايزوبرينوئيد، ويوجد في المت-قدرات كميات كبيرة تفوق الحاجة من Q مقارنة مع المكونات الأخرى في السلسلة التنفسية حيث ينسجم ذلك مع طبيعة عمل Q كعنصر متحرك في السلسلة التنفسية التي تجمع المكافئات المرجعة من معقدات بالفلاقوبروتينات الأكثر ثباتاً ثم تنقلها إلى السيتوكرومات.

الشكل 14-5: بنية اليوبيكينون (n .(Q - هي عدد وحدات الأيزو برينويد، التي تساوي 10 عند الايوانات الراقية، أي Q10.

وجد مركب إضافي في محضرات السلسلة التنفسية هو بروتين الحديد الكبريتي (Fe S حديد لاهيمي) (الشكل 14-6). وهو يكون مرتبطا مع الفلافوبروتينات (بالفلافوبروتينات المعدنية) ومع السيتوكروم b. ويعتقد بأن للكبريت وللحديد دوراً في ألية الأكسدة والإختزال بين الفلافين والتميم الإنزيمي Q، والتي تتضمن تبدلا في إلكترون وحيد فقط، وتخضع ذرة الحديد لتفاعل أكسدةواختزال بين احالتين: ؛Fe2+  و؛+Fe3.

يعرض الشكل 14-4 تسلسل مقومات السلسلة التنفسية وفق المنظور الحديث، ويتضح من هذا الشكل أن الإنزيمات نازعة الهيدروجين تحفز نقل الإلكترونات من الركائز إلى NAD في السلسلة، حيث ينجز ذلك بطرق عديدة ومختلفة. فغي حالة الأحماض الكيتونية ألفا مثل «البيروقات و a — كيتوجلوتارات» التي تنقل الإلكترونات منها بوساطة جمل معقدة من نازعات الهيدروجين وتمرر الإلكترونات إلى الليبوات و FAD (شائم تعتمد عليها نازعات الهيدروجين هذه في التفاعل المعقد متعدد المراحل) ثم إلى NAD في السلسلة التنفسية. إن نواقل الإلكترونات الآتية من نازعات هيدروجين أخرى مثل تلك النوعية لكل من L(٠)-3- هيدروكسي أسيل CoA، و 3 - (-) D - هيدروكسي بوتببرات والبرولين والجلوتامات والمالات ونازعة هيدروجين إيزوسيترات تقترن كلها بشكل مباشر مع NAD في السلسلة التنفسية.

يؤكسد ال NADH المرجع في السلسلة التنفسية تباعا بوساطة إنزيم فلافوبروتيني معدني هو نازعة هيدروجين ال NADH، الذي يحوي كل من FMN ومركز حديد كبريت Fe S وهو يكون مرتبطا بقوة مع السلسلة التنفسية، ويقوم بتمرير المكافئات المرجعة إلى Q. كعا يعمل Q أيضا كنقطة تجميع في السلسلة التنفسية، فهو يجمع المكافئات المرجعة المشتقة من الركائز الأخرى التي ترتبط مباشرة بالسلسلة التنفسية من خلال نازعات الهيدروجين الفلافوبروتينية ومن هذه الركائز السكسينات والكولين وجليسرول -3- فسفات والساركوزين وثنائي ميبثيل الجليسين وأسيل _CoA (الشكل 14-4). حيث يكون الجزء الفلافيني في كل نازعات الهيدروجين هذه هو ال FAD.

الشكل 14-6 : معقد بروتين - حديد - كبريت (Fe4S4) كبريت مقلقل -حمضي؛ Pr = صميم البروتين؛ Cys = ثمالة السيستيين. تحوي بعض بروتينات حديد - كبريت ذرتين من الحديد وذرتين من الكبريت (Fe2S2)

تجري الإلكترونات من Q وتعبر سلسلة من السيتوكرومات المبينة في (الشكل 4-14)، لتصل إلى الأكسجين الجزيئي. حيث تكون هذه السيتوكرومات مرتبة بحسب ازدياد جهود الاختزال. ويكون السيتوكروم النهائي aa3 (أكسيداز السيتوكروم) مسؤولا عن الاندماج النهائي للمكافئات المرجعة مع الأكسجين الجزيئي. ولقد لوحظ. بأن هذه الجملة الإنزيمية (aa3) تحتوى على النحاس الذي هو عنصر بنيوى في العديد من إنزيمات الأكسيداز، كما أنه يتمتع بألفة عالية جدا تجاه الأكسجين وهذا يسمح للسلسلة التنفسية بأن تقوم يوظيفتها بالمعدل الأعظمي وحتى نفاد الأكسجين من النسيج فعليا. ولأن تفاعل تشكل الماء غير عكسي (هو التفاعل الوحيد غير العكوس في السلسلة) فهو يعطي اتجاها محدداً سريان المكافئات المرجعة في السلسلة التنفسية ويكون باعثا على إنتاج ATP وهي العملية التي يقترن بها تفاعل تشكل الماء في السلسلة التنفسية.

كان التنظيم البنيوي للسلسلة التنفسية هدفا لدراسات مهمة. ومن أكثر الأمور أهمية كان تحديد التناسبات المولية الثابتة تقريبا بين المكونات في السلسلة. وتكون مكونات السلسلة التنفسية مرتبة بنيويا ووظيفياً على شكل أربع معقدات بروتينية — شحمية في الغشاء المتقدري الداخلي. ويكون السيتوكروم C هو الوحيد الذواب من بين باقي السيتوكوومات، ويبدو أنه إلى جانب التلميم الإنزيمي Q، المكون الاكثر تحركا في السلسلة التنفسية حيث يصل بين المعقدات الأخرى الثابتة (الشكلان 7-14 و 14-10).

الشكل 14-7 : المقرات المفترضة لتثبيط (-) السلسلة التنفسية بأدوية وكيميائيات ومضادات حيوية معينة. وقد أشير إلى المقرات التي يبدو أنها تشكل نقاط إمداد للفسفتة. BAL: ديمركابرول. TTFA هو عامل استخلاب للحديد. المعقد :NADH : !الإنزيم المؤكسد المرجع لليوبيكينون؛ المعقد :II سكسينات: الإنزيم المؤكسد المرجع لليوبيكينون؛ المعقد III: يوبيكوينول: الإنزيم المؤكسد المرجع للفيري سيتوكروم C؛ المعقد IV: الفيري سيتوكروم C: الإنزيم المؤكسد المرجع للأكسجين. أما باقي الاختصارات فهي كما وردت في الشكل 14-4.

الجدول 14-1: حالات تنظيم التنفس.