Elektronový transportní řetězec (ETC) je biochemický proces, který produkuje většinu paliva buňky v aerobních organismech. To zahrnuje nárůst protonové hybné síly (PMF), která umožňuje produkci ATP, hlavního katalyzátoru buněčných reakcí. ETC je řada redoxních reakcí, při nichž se elektrony přenášejí z reaktantů na mitochondriální proteiny. To dává proteinům schopnost pohybovat protony napříč elektrochemickým gradientem za vzniku PMF.
Cyklus kyseliny citronové se napájí do ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Hlavními biochemickými reaktanty ETC jsou donory elektronů sukcinát a nikotinamid adenin dinukleotidhydrát (NADH). Ty jsou generovány procesem nazývaným cyklus kyseliny citronové (CAC). Tuky a cukry se štěpí na jednodušší molekuly, jako je pyruvát, které se poté přivádějí do CAC. CAC stripuje energii z těchto molekul k produkci elektronově hustých molekul potřebných ETC. CAC produkuje šest molekul NADH a překrývá se se správným ETC, když tvoří sukcinát, další biochemický reaktant.
NADH a FADH2
Fúze elektronově chudé prekurzorové molekuly zvané nikotinamidadeninindinukleotid (NAD +) s protonem tvoří NADH. NADH se produkuje v mitochondriální matrici, nejvnitřnější části mitochondrie. Různé transportní proteiny ETC jsou umístěny na mitochondriální vnitřní membráně, která obklopuje matrici. NADH daruje elektrony třídě ETC proteinů zvané NADH dehydrogenázy, známé také jako komplex I. To rozdělí NADH zpět dolů na NAD + a proton, přičemž v procesu transportuje čtyři protony z matice, což zvyšuje PMF. Další molekula zvaná flavin adenin dinukleotid (FADH2) hraje podobnou roli jako donor elektronů.
Succinate a QH2
Molekula sukcinátu je produkována jedním ze středních stupňů CAC a následně je degradována na fumarát, aby pomohla vytvořit donor elektronů dihydrochinon (QH2). Tato část CAC se překrývá s ETC: QH2 napájí transportní protein zvaný Complex III, který působí k vyloučení dalších protonů z mitochondriální matrice, čímž zvyšuje PMF. Komplex III aktivuje další komplex zvaný Komplex IV, který uvolňuje ještě více protonů. Tudíž degradace sukcinátu na fumarát vede k vyloučení mnoha protonů z mitochondrie prostřednictvím dvou interagujících proteinových komplexů.
Kyslík
•••Justin Sullivan / Getty Images Novinky / Getty Images
Buňky využívají energii prostřednictvím řady pomalých, řízených spalovacích reakcí. Molekuly, jako je pyruvát a sukcinát, uvolňují užitečnou energii, když jsou spalovány v přítomnosti kyslíku. Elektrony v ETC jsou nakonec předány kyslíku, který je redukován na vodu (H2O) a absorbuje čtyři protony v procesu. Tímto způsobem kyslík působí jak jako terminální příjemce elektronů (je to poslední molekula, která získává elektrony ETC), tak jako základní reaktant. K ETC nemůže dojít v nepřítomnosti kyslíku, takže buňky bez kyslíku se uchylují k vysoce neúčinnému anaerobnímu dýchání.
ADP a Pi
Konečným cílem ETC je produkce vysokoenergetické molekuly adenosintrifosfátu (ATP) pro katalyzování biochemických reakcí. Prekurzory ATP, adenosindifosfátu (ADP) a anorganického fosfátu (Pi) se snadno importují do mitochondriální matrice. Spojení ADP a Pi dohromady vyžaduje vysokou energetickou reakci, což je místo, kde PMF funguje. Povolením protonů zpět do matrice se vyrábí pracovní energie, která nutí tvorbu ATP z jejích prekurzorů. Odhaduje se, že pro tvorbu každé molekuly ATP musí do matrice vstoupit 3,5 vodíku.