Електронната транспортна верига (ETC) е биохимичният процес, който произвежда по-голямата част от клетъчното гориво в аеробни организми. Това включва натрупването на протонна движеща сила (PMF), което позволява производството на АТФ, основният катализатор на клетъчните реакции. ETC е поредица от окислително-възстановителни реакции, при които електроните се прехвърлят от реагентите към митохондриалните протеини. Това дава на протеините способността да движат протони през електрохимичен градиент, образувайки PMF.
Цикълът на лимонената киселина се подава в ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Основните биохимични реактиви на ETC са донорите на електрони сукцинат и никотинамид аденин динуклеотид хидрат (NADH). Те се генерират от процес, наречен цикъл на лимонена киселина (CAC). Мазнините и захарите се разграждат на по-прости молекули като пируват, които след това се подават в CAC. CAC отделя енергия от тези молекули, за да произведе електронно-плътните молекули, необходими на ETC. CAC произвежда шест молекули NADH и се припокрива с правилния ETC, когато образува сукцинат, другият биохимичен реагент.
NADH и FADH2
Сливането на бедна на електрони прекурсорна молекула, наречена никотинамид аденин динуклеотид (NAD +) с протон, образува NADH. NADH се произвежда в митохондриалната матрица, най-вътрешната част на митохондрията. Различните транспортни протеини на ETC са разположени върху вътрешната мембрана на митохондриите, която заобикаля матрикса. NADH дарява електрони на клас ETC протеини, наречени NADH дехидрогенази, известен също като комплекс I. Това разгражда NADH обратно в NAD + и протон, транспортирайки четири протона от матрицата в процеса, увеличавайки PMF. Друга молекула, наречена флавин аденин динуклеотид (FADH2), играе подобна роля като електронен донор.
Сукцинат и QH2
Сукцинатната молекула се произвежда от един от средните етапи на САС и впоследствие се разгражда във фумарат, за да подпомогне образуването на донора на дихидрохинон (QH2). Тази част от CAC се припокрива с ETC: QH2 захранва транспортен протеин, наречен Комплекс III, който действа за изхвърляне на допълнителни протони от митохондриалната матрица, увеличавайки PMF. Комплекс III активира допълнителен комплекс, наречен Комплекс IV, който освобождава още повече протони. По този начин разграждането на сукцинат до фумарат води до експулсиране на множество протони от митохондрията чрез два взаимодействащи протеинови комплекса.
Кислород
•••Джъстин Съливан / Гети изображения Новини / Гети изображения
Клетките използват енергията чрез поредица от бавни, контролирани реакции на горене. Молекули като пируват и сукцинат отделят полезна енергия, когато се изгарят в присъствието на кислород. Електроните в ETC в крайна сметка се предават на кислород, който се редуцира до вода (H2O), абсорбирайки четири протона в процеса. По този начин кислородът действа както като терминален електронен реципиент (той е последната молекула, която получава ETC електроните), така и като основен реагент. ETC не може да се случи при липса на кислород, така че изгладнелите от кислород клетки прибягват до силно неефективно анаеробно дишане.
ADP и Pi
Крайната цел на ETC е да произведе високоенергийната молекула аденозин трифосфат (ATP), за да катализира биохимичните реакции. Предшествениците на АТФ, аденозин дифосфат (ADP) и неорганичен фосфат (Pi) лесно се внасят в митохондриалната матрица. Необходима е енергийна реакция, за да се свържат ADP и Pi заедно, където PMF работи. Чрез пропускане на протоните обратно в матрицата се произвежда работна енергия, принуждавайки образуването на АТФ от неговите предшественици. Изчислено е, че 3,5 водорода трябва да влязат в матрицата за образуването на всяка молекула АТФ.