Elektrontransportkæden (ETC) er den biokemiske proces, der producerer det meste af en celles brændstof i aerobe organismer. Dette involverer opbygning af en protonmotivkraft (PMF), som muliggør produktion af ATP, den vigtigste katalysator for cellulære reaktioner. ETC er en række redoxreaktioner, hvor elektroner overføres fra reaktanter til mitokondrieproteiner. Dette giver proteinerne evnen til at bevæge protoner over en elektrokemisk gradient, der danner PMF.
Citronsyrecyklus føder ind i ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
De vigtigste biokemiske reaktanter i ETC er elektrondonorerne succinat og nicotinamidadenindinucleotidhydrat (NADH). Disse genereres ved en proces kaldet citronsyrecyklus (CAC). Fedt og sukker opdeles i enklere molekyler såsom pyruvat, som derefter føder ind i CAC. CAC fjerner energi fra disse molekyler for at producere de elektrontætte molekyler, som ETC har brug for. CAC producerer seks NADH-molekyler og overlapper med ETC, når det danner succinat, den anden biokemiske reaktant.
NADH og FADH2
Fusionen af et elektronfattigt forløbermolekyle kaldet nicotinamidadenindinukleotid (NAD +) med en proton danner NADH. NADH produceres inden for den mitokondrie matrix, den inderste del af mitokondrionen. De forskellige transportproteiner i ETC er placeret på den mitokondrie indre membran, som omgiver matrixen. NADH donerer elektroner til en klasse af ETC-proteiner kaldet NADH-dehydrogenaser, også kendt som kompleks I. Dette bryder NADH ned i NAD + og en proton, der transporterer fire protoner ud af matrixen i processen, hvilket øger PMF. Et andet molekyle kaldet flavin adenin dinucleotide (FADH2) spiller en lignende rolle som en elektrondonor.
Succinat og QH2
Succinatmolekylet produceres ved et af CAC's midterste trin og nedbrydes efterfølgende til fumarat for at hjælpe med at danne dihydroquinon (QH2) elektrondonoren. Denne del af CAC overlapper ETC: QH2 driver et transportprotein kaldet Complex III, der virker til at udvise yderligere protoner fra mitokondrie matrixen, hvilket øger PMF. Kompleks III aktiverer et ekstra kompleks kaldet Complex IV, som frigiver endnu flere protoner. Således resulterer nedbrydningen af succinat til fumarat i udvisning af adskillige protoner fra mitokondrion gennem to interagerende proteinkomplekser.
Ilt
•••Justin Sullivan / Getty Images Nyheder / Getty Images
Celler udnytter energi gennem en række langsomme, kontrollerede forbrændingsreaktioner. Molekyler såsom pyruvat og succinat frigiver nyttig energi, når de forbrændes i nærvær af ilt. Elektroner i ETC overføres til sidst til ilt, som reduceres til vand (H2O) og absorberer fire protoner i processen. På denne måde fungerer ilt som både en terminal elektronmodtager (det er det sidste molekyle, der får ETC-elektronerne) og som en væsentlig reaktant. ETC kan ikke ske i fravær af ilt, så ilt-sultede celler ty til meget ineffektiv anaerob respiration.
ADP og Pi
Det ultimative mål med ETC er at producere højenergimolekylet adenosintrifosfat (ATP) til at katalysere biokemiske reaktioner. Forstadierne til ATP, adenosindiphosphat (ADP) og uorganisk fosfat (Pi) importeres let i den mitokondrie matrix. Det kræver en højenergireaktion at binde ADP og Pi sammen, det er her PMF fungerer. Ved at lade protoner tilbage i matrixen produceres arbejdsenergi, der tvinger dannelsen af ATP fra dets forløbere. Det anslås, at 3,5 hydrogener skal komme ind i matrixen for dannelsen af hvert ATP-molekyle.