ما هي متفاعلات سلسلة نقل الإلكترون؟

سلسلة نقل الإلكترون (ETC) هي عملية كيميائية حيوية تنتج معظم وقود الخلية في الكائنات الهوائية. يتضمن هذا تراكم القوة المحركة للبروتون (PMF) ، والتي تسمح بإنتاج ATP ، المحفز الرئيسي للتفاعلات الخلوية. إن ETC عبارة عن سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال حيث يتم نقل الإلكترونات من المواد المتفاعلة إلى بروتينات الميتوكوندريا. يمنح هذا البروتينات القدرة على تحريك البروتونات عبر تدرج كهروكيميائي ، وتشكيل PMF.

•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images

المتفاعلات الكيميائية الحيوية الرئيسية في ETC هي المتبرعين للإلكترون سكسينات وهيدرات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد (NADH). يتم إنشاؤها بواسطة عملية تسمى دورة حمض الستريك (CAC). يتم تقسيم الدهون والسكريات إلى جزيئات أبسط مثل البيروفات ، والتي تتغذى بعد ذلك في CAC. تجرد CAC الطاقة من هذه الجزيئات لإنتاج جزيئات كثيفة الإلكترون التي يحتاجها ETC. ينتج CAC ستة جزيئات NADH ويتداخل مع ETC المناسب عندما يشكل السكسينات ، المتفاعل الكيميائي الحيوي الآخر.

يشكل اندماج جزيء سلائف فقير بالإلكترون يسمى نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +) مع بروتون NADH. يتم إنتاج NADH داخل مصفوفة الميتوكوندريا ، الجزء الأعمق من الميتوكوندريا. توجد بروتينات النقل المختلفة لـ ETC على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، الذي يحيط بالمصفوفة. يتبرع NADH بالإلكترونات لفئة من بروتينات ETC تسمى NADH dehydrogenases ، والمعروف أيضًا باسم المركب I. يؤدي هذا إلى تقسيم NADH إلى NAD + وبروتون ، مما يؤدي إلى نقل أربعة بروتونات من المصفوفة في هذه العملية ، مما يؤدي إلى زيادة PMF. يلعب جزيء آخر يسمى فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FADH2) دورًا مشابهًا كمانح للإلكترون.

يتم إنتاج جزيء السكسينات بإحدى الخطوات الوسطى لـ CAC ويتحلل لاحقًا إلى فومارات للمساعدة في تكوين مانح إلكترون ثنائي هيدروكينون (QH2). يتداخل هذا الجزء من CAC مع ETC: يقوم QH2 بتشغيل بروتين نقل يسمى المركب III ، والذي يعمل على طرد البروتونات الإضافية من مصفوفة الميتوكوندريا ، مما يزيد من PMF. ينشط المركب III مركبًا إضافيًا يسمى المركب IV ، والذي يطلق المزيد من البروتونات. وبالتالي ، يؤدي تحلل السكسينات إلى فومارات إلى طرد العديد من البروتونات من الميتوكوندريا من خلال مجمعين بروتينين متفاعلين.

•••جاستن سوليفان / جيتي إيماجيس نيوز / جيتي إيماجيس

تقوم الخلايا بتسخير الطاقة من خلال سلسلة من تفاعلات الاحتراق البطيئة والمنضبطة. تطلق جزيئات مثل البيروفات والسكسينات طاقة مفيدة عندما يتم احتراقها في وجود الأكسجين. يتم تمرير الإلكترونات في ETC في النهاية إلى الأكسجين ، والذي يتم تقليله إلى ماء (H2O) ، مما يؤدي إلى امتصاص أربعة بروتونات في هذه العملية. بهذه الطريقة ، يعمل الأكسجين كمستقبل طرفي للإلكترون (وهو آخر جزيء يحصل على إلكترونات ETC) ومتفاعل أساسي. لا يمكن أن يحدث ETC في غياب الأكسجين ، لذلك تلجأ الخلايا المتعطشة للأكسجين إلى التنفس اللاهوائي غير الفعال للغاية.

الهدف النهائي من ETC هو إنتاج جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات عالي الطاقة (ATP) لتحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية. يتم استيراد سلائف ATP وثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) والفوسفات غير العضوي (Pi) بسهولة إلى مصفوفة الميتوكوندريا. يتطلب الأمر تفاعلًا عالي الطاقة لربط ADP و Pi معًا ، حيث يعمل PMF. من خلال السماح للبروتونات بالعودة إلى المصفوفة ، يتم إنتاج الطاقة العاملة ، مما يؤدي إلى تكوين ATP من سلائفه. من المقدر أن 3.5 هيدروجين يجب أن تدخل المصفوفة لتشكيل كل جزيء ATP.