מטבע האנרגיה העיקרי של גופנו הוא ה-ATP. המולקולה עתירת האנרגיה הזו מאפשרת את פעילותם של אנזימים רבים ושל תהליכים רבים ומגוונים ברמה התאית. כדי לשמור על רמה גבוהה של ATP הגוף צריך לייצר אותו והמפעל העיקרי שמייצר את ה-ATP בתא הוא המיטוכונדריה. באמצעות מפל ריכוזים של יוני מימן, שנוצר באמצעות שרשרת מעבר אלקטרונים, נוצרת האנרגיה הפוטנציאלית לייצור ATP על ידי החלבון ATP סינתאז.

הסרטון שלפנינו מתאר בצורה מופשטת את שרשרת מעבר האלקטרונים, את החלבונים המשתתפים ואת עקרון הפעולה של התהליך. שימו לב שלא כל קומפלקסי הפעולה מופיעים בסרטון.
 

הסרטון הופק  במסגרת פרויקט Virtual Cell של אוניברסיטת צפון דקוטה בארה"ב. תורגם בידי צוות דוידסון אונליין

ה-ATP היא מולקולה עתירת אנרגיה שמשמשת כמטבע האנרגיה של התא. כדי לייצר מולקולות כאלה צריך להשקיע אנרגיה, והיות שלא יעיל להשקיע ATP כדי לייצר ATP, התא צריך לגייס מקור אנרגיה חלופי. שרשרת מעבר האלקטרונים במיטוכונדריה משתמשת בתוצרים של פירוק הסוכר בגליקוליזה ובמעגל קרבס כדי ליצור מפל ריכוזים של יוני מימן משני צדי הממברנה. מפל הריכוזים הזה מניע את פעילות החלבון ATP סינתאז, כפי שמים מניעים את הגלגל בטחנת קמח.

קיים למעשה צימוד בין מערכת ה-ATP סינתאז לשרשרת מעבר האלקטרונים. הפרה של הצימוד הזה על ידי ביטול של מפל ריכוזים לא תאפשר לתא לייצר ATP. דוגמה לחומר מפר צימוד היא הרעל ציאניד, שפוגע בפעילות הקומפלקס הרביעי בשרשרת מעבר האלקטרונים ולכן עוצר את ייצור מפל ריכוזים ואת ייצור ה-ATP.

אפשר לדמות את הצימוד של שרשרת מעבר האלקטרונים ל-ATP סינתאז, לצימוד שנעשה בין תיבת הילוכים במכונית לבין הגלגלים. כשכלי הרכב נמצא בהילוך, לחיצה על דוושת הגז (שרשרת מעבר האלקטרונים) תסובב את הגלגלים (ATP סינתאז) דרך תיבת ההילוכים (מפל ריכוזים). אבל אם נלחץ על דוושת המצמד נפריד בין תיבת ההילוכים לדוושת הגז, כך שגם אם נלחץ על הדוושה בשיא הכוח ונזרים דלק, הגלגלים לא יסתובבו משום שהם יהיו מנותקים מהמנוע. כך שאם נפר את מפל ריכוזים, ה-ATP סינתאז לא יפעל, ולא משנה כמה חמצן וחומרים מחזרים נזרים.

החמצן חשוב מאוד לקיום התהליך הזה, ולכן אנו זקוקים לחמצן כדי להתקיים. למעשה, החמצן הוא אחד ממקורות ייצור האנרגיה בגוף. פגיעה באספקת החמצן פגע בפעילות הקומפלקס הרביעי ובייצור מפל הריכוזים. זאת גם הסיבה שבגללה תהליך ייצור ה-ATP נקרא "נשימה תאית".

שרשרת מעבר האלקטרונים מורכבת מארבעה קומפלקסים חלבוניים בממברנת המיטוכונדריה, שבסרטון מוצגים רק שלושה מהם. הקומפלקס החסר הוא קומפלקס II, שמחמצן מולקולה בשם סוקסינט (תוצר לוואי של פירוק סוכרים) להעברה של אלקטרונים נוספים לשרשרת ושאיבת פרוטנים נוספים כתוצאה מכך.

17 תגובות

  • ראובן גרפיט

    האם יש טכניקה לשיפור ביכולות ספורטיביות

    אתה מתאר את העיקרון לפעילות גופנית ששליטה עליה תאפשר שיפור ביכולות הגופניות האם זה אפשרי?

  • רותי כהן

    שאלה בנושא כמיות ATP שנדרשות לגוף

    האם ניתן לכמת את כמיות ה-ATP הנחוצות לנו לתחזוקת הגוף? או לכייוץ שריר?
    האם ניתן להבין מה הגוף מסוגל לעשות ס"ה עם 30 מולקולות ATP הנוצרות מחימצון מולקולה בודדת של גלוקוז?

  • יאנה

    אנזימי שרשרת העברת האלקטרונים

    האם הATP סינטאז הוא מנגנון העברה uniport או symport? והאם הקומפלקסים נחשבים לחלבונים אינטגרליים?

  • ליאת

    מקורות נשאי האלקטרונים

    מהם מהמקורות של נשאי האלקטרונים המחוזרים לשרשרת העברת אלקטרונים? ומהם המקומות בהם הם נוצרים?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןביאנה

    נשאי אלקטרונים

    ליאת שלום,
    אינני בטוחה שהבנתי את שאלתך אבל אנסה לענות -
    אם כוונתך לנשאי האלקטרונים עצמם, אלה הם חלבונים שנמצאים בממברנה של המיטוכונדריה, ומסונתזים כמו כל חלבון בתא.
    אם כוונתך לאלקטרונים, מקורם בחמצן אותו אנו נושמים ומובל לתאים דרך הדם על ידי כדוריות דם אדומות.
    מקווה שעזרתי,
    ביאנה

  • ליאת

    הבהרה

    אני מתכוונת בהרבה תהליכים מתקבלים נשאי אלקטרונים מחוזרים שאחכ מוסרים את האלקטרונים שלהם לשרשרת העברת אלקטרונים ויש סינטזה של ATP .
    אני יודעת שמתקבלים נשאי אלקטרונים בגליקוליזה שציטופלסמה. במעגל קרבס במטריקס. בחמצון B במטריקס.
    אך איינני יודעת באיזה עוד תהליכים מתקבלים נשאי אלקטרונים מחוזרים.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום ליאת
    אם אני מבין נכון את שואלת באילו תהליכים נוצרים נשאי אלקטרונים המשמשים בתהליך יצירת הATP במיטוכונדריה (ברשותך אתעלם מהכלורופלסט שם הסיפור טיפה שונה).
    במיטוכונדריה ישנם מספר נשאי אלקטרונים רלוונטיים:
    NADH, Succinate+FAD.
    נשאי האלקטרונים מחוזרים בעיקר במעגל קרבס.
    NAD+ מחוזר לNADH ו FAD מחוזר לFADH2 גם בתהליך חמצון חומצות השומן,
    FAD מחוזר לFADH2 בתהליך הסינתיזה של ספינגוליפידים

    succinate מיוצר במעגל קרבס.

    מידע נוסף ופרטני יותר את מוזמנת לקבל בספר Biochemistry של Stryer (מומלץ)

    מקווה שעזרתי
    ארז

  • אלה

    בעיה בסרטון

    אתם מציגים שישנם 3 קומפלקסים
    המשתתפים בשרשרת העברת האלק'.אני
    למדתי שישנם 4 כאלה (קומפלקס נוסף
    לפני הקומפלקס שמייצר 2 מולקו מים). מה
    משקף את המציאות?
    כמו כן אין התייחסות לאלקטרונים
    שנתרמים לקומפלקס 2 מהFADH2 המתקבלים
    מהסוקסינט במעגל החומצה הציטרית.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום אלה מה שלמדת הוא נכון. ישנם ארבעה קומפלקסים המשתתפים בתהליך, ואלקטרונים נתרמים גם מסוקסינט אשר מגיע ממעגל קרבס (מעגל החומצה הציטרית), בועברים הלאה בתיווך FADH2. בסרטון זה בחרו לפשט את התהליך על מנת להסביר את העקרון הכללי, ומסיבה שאינה ברורה לי השמיטו את אחד הקומפלקסים והתהליכים הקשורים בו. תודה שהערת את תשומת לבי, אני אעדכן את הכתבה בהתאם. כל טוב ארז

  • נטשה

    חמצון

    האם שרשרת מעבר האלקטרונים משתמשת באנרגיה המתקבלת כתוצאה מהחמצון (לקיחת האלקטרונים) של הקומפלקסים כדי לשאוב בניגוד למפל? אם לא- מה מקור האנרגיה שלה לשאיבה כזו?

  • עידו קמינסקי

    תשובה

    בהחלט! משאבות הפרוטונים (הקומפלקסים) מחמצנות נשאי אלקטרונים (שמקורם במעגל קרבס). האלקטרון החדש שנוסף לקומפלקס מאפשר "ויתור" על פרוטון (יון מימן) היוצא מהממברנה בניגוד לכיוון מפל הריכוזים.

    אם יש לך עוד שאלות אשמח לענות

  • דפנה

    שאלה

    היי
    רציתי לברר לגבי מעבר הפרוטונים
    בתחחלה בקומפלקס 1 יש את ה-NADH דה-הידרוגנאז שגןרם לNADH לעבור חמצון כך שנוצא לי פרוטון אחד שיוצא החוצה מהקומפלקס ועוד 2 אלקטרונים שעוברים ל-UQ .בקומפלקס 2 לעומת זאת שנקרא סוקצינאט דה-הידרוגנאז יש חימצון של FADH2.
    יש לי כמה שאלות
    1. האם ה-FADH2 עובק חמצון ל-FAD פלוס, 2 אלקטרונים ו-2 פרוטונים? כי רשום לי שמשום מה שמקומפלקס זה אין יציאת פרוטון החוצה כמו שהיה בקומפלקס 1
    2. מאחר שגם קומפלקס 2 מעביר זוג אלקטרונים ל-UQ, האם היוביקוינון כעת נושא בתוכו 4 אלקטרונים או שנושא כל פעם בנפרד זוג אלקטרונים? כי משום מה רשום אצלי שהיוביקוינון מעביר לקומפלקס 3 רק זוג אלקטרונים ולא 2 זוגות
    3. כמה פרוטונים יוצאים מכל קומפלקס? האם זה זוג פרוטונים או פרוטון אחד כל פעם? לפי הסרטון יוצא פרוטון אחד ואצלי כתוב 2 פרוטונים
    מקווה שהבנת את השאלות שלי
    תודה רבה

  • עידו קמינסקי

    תשובה והבהרה

    ראשית ברצוני להבהיר כי מדור זה הינו מדור שנועד לעורר עניין בנושאים מדעיים, ולא להוות מדור עזרה בשיעורי בית. ההסברים המופיעים במדור אינם באים להחליף עיון במקורות מדעיים כמו אנציקלופדיות או ספרי לימוד.

    ועכשיו לתשובות:

    1. FADH2 אכן תורם שני פרוטונים ושני אלקטרונים בקומפלקס 2, אך הפרוטונים אינם עוברים את הממברנה בשלב זה, אלא מועברים ליוביקווינון (Q)

    2. הפרוטונים המועברים ליוביקווינון בקומפלקס 2 הם אלו שהגיעו מסוקצינט דרך FADH2. יוביקווינון יכול לשאת רק שני אלקטרונים בכל פעם.

    לגבי השאלה שלישית אני לא בטוח אז אל תתפסי אותי במילה:
    3.קומפלקס 1 נותן ארבעה פרוטונים, קומפלקס 2 אינו נותן פרוטונים (הם עוברים ליוביקווינון) קומפלקס 3 נותן 4 פרוטונים משתי מולקולות יוביקווינון וקומפלקס ארבע נותן ארבעה פרוטונים.

    את התשובות לקחתי מהספר biochemistry של stryer ומוויקיפדיה באנגלית.

    בהצלחה!

  • רוית לוי

    החזרה למצב הראשוני

    אתר מדהים!
    כיצד כל הנשאים שקיבלו אלקרונים חוזרים למצבם המקורי על מנת להתחיל את שרשרת ממעבר האלקרונים מחדש?

  • עידו קמינסקי

    תשובה

    בסופו של עניין מדובר כאן במפל פוטנציאלי חיזור. האלקטרונים תמיד ינועו עם כיוון המפל לנשא הבא ולבסוף ליצירת שתי מולקולות המים מחמצן, ארבעה אלקטרונים ושני פרוטונים.

    ברגע שהאלקטרונים עוזבים את הנשא לטובת הנשא הבא, הנשא התורם חוזר לקדמותו ומוכן לקבל אלקטרון חדש.

    את מוזמנת ללמוד עוד על חמצון - חיזור (תהליך מעבר האלקטרונים בין שתי מולקולות) בסרטון שהעלתי למדור כימיה - חמצון - חיזור

    אני מקווה שעניתי על שאלתך

  • גל

    שאלה

    האם מקור הפרוטונים הוא ממעגל קרבס?
    האם ה NADH ההתחלתי של הגליקוליזה נכנס גם הוא לתוך החלל הבין קרומי של המיטוכונדריה ושם מוסר את האלק' או שהמסירה הספציפית נזו מתרחשת מבחוץ?

  • עידו קמינסקי

    תשובה

    שלום גל

    באופן עקרוני תהליך ה-oxidative phosphorylation הינו תהליך מעגלי, כלומר פרוטונים נשאבים החוצה על ידי הקומפלקסים בשרשרת מעבר האלקטרונים וזורמים פנימה דרך ה-ATP synthase. כאשר NADH עובר חמצון ומוסר את האלקטרון שלו לשרשרת מעבר האלקטרונים נפלט פרוטון. פרוטון זה יכול להשאב אל החלל הבין קרומי, אך הוא גם יכול גם להתרכב עם חמצן ליצירת מים בקומפלקס 4, או לשמש ליצירת NADH ובמעגל קרבס. ה-NADH ההתחלתי נוצר במטריקס כתוצאה מחיזור +NAD שגורר קבלת פרוטון. למעשה יש לנו כאן מצב עמיד (steady state) של הפרוטונים במטריקס, הם מגיעים ממקורות שונים ונעים למקומות שונים, אבל הריכוזים נשארים קבועים פחות או יותר. נוסיף לכך את העובדה שהממברנה של המיטוכונדריה לא מאוד סלקטיבית, כך שפרוטונים גם זולגים החוצה...

    NADH משמש כשחקן בתהליכים רבים מלבד oxidative phosphrylation, כגון גלוקונאוגנזה, מסלול הפנטוז פוספט - מעגל קורי, מעגל האוריאה ועוד. אמנם קיים מסלול מעבר של NAD אל המיטוכונדריה, אך גם כאן יש לנו מצב עמיד במסגרתו NADH מגיע מכל מני מקומות ומשמש לכל מני תהליכים.

    למידע נוסף אני ממליץ לך לקרוא את פרקים 16-18 בספר biochemistry של Stryer (מהדורה חמישית).

    מקווה שעזרתי

    ארז