Elektrontransportkedja och energiproduktion

Inom cellbiologi, elektron transport kedja är ett av stegen i din cell processer som gör energi från maten du äter.

Det är det tredje steget i aerob cellandningen. Cellulär andning är termen för hur kroppens celler producerar energi från konsumerad mat. Elektrontransportkedjan är där de flesta energiceller som behöver fungera genereras. Denna "kedja" är faktiskt en serie av protein komplex och elektronbärarmolekyler i cellens inre membran mitokondrier, även känd som cellens kraftverk.

Syre krävs för aerob andning eftersom kedjan avslutas med donation av elektroner till syre.

Key Takeaways: Electron Transport Chain

När elektroner rör sig längs en kedja används rörelsen eller drivkraften för att skapa adenosintrifosfat (ATP). ATP är den viktigaste energikällan för många cellprocesser inklusive muskel sammandragning och celldelning.

Energi frigörs under cellmetabolismen när ATP är hydrolyserad. Detta händer när elektroner passeras längs kedjan från proteinkomplex till proteinkomplex tills de doneras till syreformande vatten. ATP sönderdelas kemiskt till adenosindifosfat (ADP) genom att reagera med vatten. ADP används i sin tur för att syntetisera ATP.

Mer detaljerat, när elektroner passeras längs en kedja från proteinkomplex till proteinkomplex, är energi det frigjorda och vätejoner (H +) pumpas ut från mitokondrial matris (fack i det inre membran) och in i intermembranutrymmet (facket mellan inner- och yttre membranen). All denna aktivitet skapar både en kemisk gradient (skillnad i lösningskoncentration) och en elektrisk gradient (skillnad i laddning) över det inre membranet. När fler H + -joner pumpas in i intermembranutrymmet kommer den högre koncentrationen av väteatomer att byggas upp och flöde tillbaka till matrisen som samtidigt driver produktionen av ATP av proteinkomplexet ATP syntas.

ATP-syntas använder energin som genereras från rörelsen av H + -joner i matrisen för omvandling av ADP till ATP. Denna process för att oxidera molekyler för att generera energi för produktion av ATP kallas oxidativ fosforylering.

Det första steget i cellulär andning är glykolys. Glykolys uppstår i cytoplasman och involverar uppdelningen av en molekyl glukos i två molekyler av den kemiska föreningen pyruvat. Totalt genereras två molekyler av ATP och två molekyler av NADH (högenergi, elektronbärande molekyl).

Det andra steget, kallad citronsyracykel eller Krebs-cykeln, är när pyruvat transporteras över de yttre och inre mitokondriella membranen in i mitokondrial matris. Pyruvat oxideras ytterligare i Krebs-cykeln och producerar ytterligare två molekyler av ATP, liksom NADH och FADH ₂ molekyler. Elektroner från NADH och FADH₂ överförs till det tredje steget i cellulär respiration, elektrontransportkedjan.

Det finns fyra proteinkomplex som är en del av elektrontransportkedjan som fungerar för att leda elektroner nerför kedjan. Ett femte proteinkomplex tjänar till att transportera väte joner tillbaka in i matrisen. Dessa komplex är inbäddade i det inre mitokondriella membranet.

NADH överför två elektroner till komplex I vilket resulterar i fyra H⁺ joner som pumpas över det inre membranet. NADH oxideras till NAD⁺, som återvinns tillbaka till Krebs cykel. Elektroner överförs från komplex I till en bärarmolekyl ubiquinon (Q), vilket reduceras till ubiquinol (QH2). Ubiquinol transporterar elektronerna till Complex III.

FADH₂ överför elektroner till komplex II och elektronerna överförs till ubiquinon (Q). Q reduceras till ubiquinol (QH2), som transporterar elektronerna till komplex III. Nej H⁺ joner transporteras till intermembranutrymmet i denna process.

Överföringen av elektron till Complex III driver transporten av ytterligare fyra H⁺ joner över det inre membranet. QH2 oxideras och elektroner överförs till ett annat elektronbärarprotein cytokrom C.

Cytokrom C överför elektron till det slutliga proteinkomplexet i kedjan, komplex IV. Två H⁺ joner pumpas över det inre membranet. Elektronerna överförs sedan från komplex IV till ett syre (O₂) molekyl, vilket får molekylen att delas upp. De resulterande syreatomerna tar snabbt H⁺ joner för att bilda två molekyler av vatten.

ATP-syntas flyttar H⁺ joner som pumpades ut ur matrisen av elektrontransportkedjan tillbaka in i matrisen. Energin från tillströmningen av protoner i matrisen används för att generera ATP genom fosforylering (tillsats av ett fosfat) av ADP. Rörelsen av joner över det selektivt permeabla mitokondriella membranet och nedåt deras elektrokemiska gradient kallas kemiosmos.

NADH genererar mer ATP än FADH₂. För varje NADH-molekyl som oxideras, 10 H⁺ joner pumpas in i intermembranutrymmet. Detta ger cirka tre ATP-molekyler. Eftersom FADH₂ kommer in i kedjan i ett senare skede (komplex II), endast sex H⁺ joner överförs till intermembranutrymmet. Detta står för cirka två ATP-molekyler. Totalt 32 ATP-molekyler genereras i elektrontransport och oxidativ fosforylering.

• "Elektrontransport i energicykeln i cellen." Hyperphysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey et al. "Elektrontransport och oxidativ fosforylering." Molekylär cellbiologi. 4: e upplagan., U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.