Elektrooni transpordiahel (ETC) on biokeemiline protsess, mis toodab suurema osa raku kütusest aeroobsetes organismides. See hõlmab prootoni liikumapaneva jõu (PMF) kogunemist, mis võimaldab toota rakureaktsioonide peamist katalüsaatorit ATP-d. ETC on redoksreaktsioonide jada, kus elektronid kanduvad reagentidest üle mitokondrite valkudesse. See annab valkudele võimaluse prootoneid elektrokeemilises gradiendis liigutada, moodustades PMF.
Sidrunhappe tsükkel toidab ETC-d
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
ETC peamisteks biokeemilisteks reagentideks on elektrondoonorid suktsinaat ja nikotiinamiidadeniindinukleotiidhüdraat (NADH). Need tekivad protsessis, mida nimetatakse sidrunhappetsükliks (CAC). Rasvad ja suhkrud jagunevad lihtsamateks molekulideks nagu püruvaat, mis seejärel söödetakse CAC-i. CAC eemaldab nendest molekulidest energia, et toota ETC jaoks vajalikke elektrontihedaid molekule. CAC toodab kuus NADH molekuli ja kattub teise biokeemilise reaktiivi suktsinaadi moodustamisel õige ETC-ga.
NADH ja FADH2
Nikotiinamiid-adeniin-dinukleotiidiks (NAD +) nimetatud elektronivaese eelkäija molekuli liitumine prootoniga moodustab NADH. NADH toodetakse mitokondriaalse maatriksi sees, mis on mitokondri sisemine osa. ETC erinevad transpordivalgud asuvad mitokondrite sisemembraanil, mis ümbritseb maatriksit. NADH annetab elektronid ETC-valkude klassile, mida nimetatakse NADH-dehüdrogenaasideks, tuntud ka kui kompleks I. See jagab NADH-i tagasi NAD + -ks ja prootoniks, transportides protsessis neli prootonit maatriksist välja, suurendades PMF-i. Teine molekul, mida nimetatakse flaviinadeniindinukleotiidiks (FADH2), mängib elektronidoonorina sarnast rolli.
Suktsinaat ja QH2
Suktsinaatmolekul toodetakse CAC-i ühes keskmises etapis ja lagundatakse seejärel fumaraadiks, et aidata moodustada dihüdrokinooni (QH2) elektronidoonorit. See CAC-i osa kattub ETC-ga: QH2 toidab transpordivalku nimega Complex III, mis toimib täiendavate prootonite väljutamiseks mitokondrite maatriksist, suurendades PMF-i. Kompleks III aktiveerib täiendava kompleksi nimega Kompleks IV, mis vabastab veelgi rohkem prootoneid. Seega põhjustab suktsinaadi lagunemine fumaraadiks arvukate prootonite väljutamise mitokondrionist kahe vastastikmõjus oleva valgukompleksi kaudu.
Hapnik
•••Justin Sullivan / Getty Images News / Getty Images
Rakud kasutavad energiat aeglaste kontrollitud põlemisreaktsioonide kaudu. Molekulid nagu püruvaat ja suktsinaat eraldavad hapniku juuresolekul põlemisel kasulikku energiat. ETC elektronid viiakse lõpuks hapnikku, mis redutseeritakse veeks (H2O), neelates protsessis neli prootonit. Sel viisil toimib hapnik nii terminaalse elektroni vastuvõtjana (see on viimane molekul, mis saab ETC elektronid) kui ka olulise reagendina. ETC ei saa toimuda hapniku puudumisel, seega kasutavad hapnikunäljas olevad rakud väga ebaefektiivset anaeroobset hingamist.
ADP ja Pi
ETC lõppeesmärk on toota biokeemiliste reaktsioonide katalüüsimiseks suure energiaga molekuli adenosiintrifosfaati (ATP). ATP, adenosiindifosfaadi (ADP) ja anorgaanilise fosfaadi (Pi) eelkäijad imporditakse hõlpsasti mitokondrite maatriksisse. ADP ja Pi ühendamiseks on vaja suurt energiareaktsiooni, kus PMF töötab. Lubades prootonid tagasi maatriksisse, tekib tööenergia, mis sunnib selle eelkäijatest moodustama ATP. Hinnanguliselt peab iga ATP molekuli moodustamiseks maatriksisse sisenema 3,5 vesinikku.