Łańcuch transportu elektronów i produkcja energii

W biologii komórkowej łańcuch transportu elektronów jest jednym z etapów procesów komórkowych, które wytwarzają energię z spożywanych pokarmów.

To trzeci krok aerobiku oddychania komórkowego. Oddychanie komórkowe to określenie, w jaki sposób komórki twojego organizmu wytwarzają energię z konsumowanej żywności. Łańcuch transportu elektronów jest tam, gdzie generowana jest większość ogniw energetycznych potrzebnych do działania. Ten „łańcuch” jest właściwie serią białko kompleksy i cząsteczki nośnika elektronów w wewnętrznej błonie komórkowej mitochondria, znany również jako potęga komórki.

Tlen jest niezbędny do oddychania tlenowego, ponieważ łańcuch kończy się wraz z donacją elektronów na tlen.

Najważniejsze rzeczy: łańcuch transportu elektronów

Gdy elektrony poruszają się wzdłuż łańcucha, ruch lub pęd są wykorzystywane do tworzenia trójfosforan adenozyny (ATP). ATP jest głównym źródłem energii dla wielu procesów komórkowych, w tym mięsień skurcz i podział komórek.

Energia jest uwalniana podczas metabolizmu komórkowego, gdy jest ATP zhydrolizowany. Dzieje się tak, gdy elektrony przechodzą wzdłuż łańcucha od kompleksu białkowego do kompleksu białkowego, dopóki nie zostaną przekazane do wody tworzącej tlen. ATP rozkłada się chemicznie do difosforanu adenozyny (ADP) w reakcji z wodą. Z kolei ADP służy do syntezy ATP.

Bardziej szczegółowo, gdy elektrony są przekazywane wzdłuż łańcucha od kompleksu białkowego do kompleksu białkowego, energia jest uwolnione, a jony wodoru (H +) są wypompowywane z matrycy mitochondrialnej (przedziału w środku) membrana) i do przestrzeni międzybłonowej (przedział między membranami wewnętrzną i zewnętrzną). Cała ta aktywność tworzy zarówno gradient chemiczny (różnica w stężeniu roztworu), jak i gradient elektryczny (różnica w ładunku) na wewnętrznej membranie. Gdy więcej jonów H + jest pompowanych do przestrzeni międzybłonowej, będzie rosło wyższe stężenie atomów wodoru w górę i przepływ z powrotem do matrycy, jednocześnie zasilając produkcję ATP przez kompleks białkowy ATP syntaza.

Syntaza ATP wykorzystuje energię wygenerowaną z ruchu jonów H + do matrycy do konwersji ADP na ATP. Ten proces utleniania cząsteczek w celu wytworzenia energii do produkcji ATP nazywa się utleniającym fosforylacja.

Pierwszym krokiem oddychania komórkowego jest glikoliza. Glikoliza występuje w cytoplazma i obejmuje podział jednej cząsteczki glukozy na dwie cząsteczki związku chemicznego pirogronian. W sumie generowane są dwie cząsteczki ATP i dwie cząsteczki NADH (cząsteczka o wysokiej energii, przenosząca elektrony).

Drugi krok, zwany cykl kwasu cytrynowego lub cykl Krebsa, kiedy pirogronian jest transportowany przez zewnętrzne i wewnętrzne błony mitochondrialne do matrycy mitochondrialnej. Pirogronian jest dalej utleniany w cyklu Krebsa, wytwarzając jeszcze dwie cząsteczki ATP, a także NADH i FADH ₂ molekuły. Elektrony z NADH i FADH₂ przenoszone są na trzeci etap oddychania komórkowego, łańcuch transportu elektronów.

Są cztery kompleksy białkowe które są częścią łańcucha transportu elektronów, który działa w celu przekazywania elektronów w dół łańcucha. Piąty kompleks białek służy do transportu wodoru jony z powrotem do matrycy. Kompleksy te są osadzone w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.

NADH przenosi dwa elektrony do kompleksu I, w wyniku czego powstają cztery H⁺ jony pompowane przez błonę wewnętrzną. NADH utlenia się do NAD⁺, który jest przetwarzany z powrotem do cykl Krebsa. Elektrony są przenoszone z kompleksu I do cząsteczki nośnej ubichinon (Q), która jest redukowana do ubichinolu (QH2). Ubichinol przenosi elektrony do kompleksu III.

FADH₂ przenosi elektrony do kompleksu II, a elektrony są przekazywane do ubichinonu (Q). Q jest zredukowane do ubichinolu (QH2), który przenosi elektrony do kompleksu III. Nie H.⁺ w tym procesie jony są transportowane do przestrzeni międzybłonowej.

Przejście elektronów do kompleksu III napędza transport czterech kolejnych H.⁺ jony przez błonę wewnętrzną. QH2 jest utleniany, a elektrony są przekazywane do innego cytochromu C białka nośnika elektronów.

Cytochrom C przekazuje elektrony do końcowego kompleksu białkowego w łańcuchu, kompleksu IV. Dwa godz⁺ jony są pompowane przez wewnętrzną membranę. Elektrony są następnie przekazywane z kompleksu IV do tlenu (O₂), powodując podział cząsteczki. Powstałe atomy tlenu szybko chwytają H⁺ jony tworząc dwie cząsteczki wody.

Syntaza ATP przenosi H⁺ jony wypompowane z matrycy przez łańcuch transportu elektronów z powrotem do matrycy. Energia z napływu protony do matrycy stosuje się do generowania ATP przez fosforylację (dodanie fosforanu) ADP. Ruch jonów przez selektywnie przepuszczalną błonę mitochondrialną i w dół jej gradientu elektrochemicznego nazywa się chemiosmozą.

NADH generuje więcej ATP niż FADH₂. Dla każdej utlenionej cząsteczki NADH, 10 godzin⁺ jony są pompowane do przestrzeni międzybłonowej. Daje to około trzech cząsteczek ATP. Ponieważ FADH₂ wchodzi do łańcucha na późniejszym etapie (kompleks II), tylko sześć godzin⁺ jony są przenoszone do przestrzeni międzybłonowej. Stanowi to około dwóch cząsteczek ATP. Łącznie 32 cząsteczki ATP powstają w transporcie elektronów i fosforylacji oksydacyjnej.

• „Transport elektronów w cyklu energetycznym ogniwa”. HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey i in. „Transport elektronów i fosforylacja oksydacyjna”. Biologia komórek molekularnych. 4. edycja., U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.