Elektronikuljetusketju (ETC) on biokemiallinen prosessi, joka tuottaa suurimman osan solun polttoaineesta aerobisissa organismeissa. Tähän liittyy protonien liikevoiman (PMF) muodostuminen, joka mahdollistaa ATP: n, solureaktioiden pääkatalyytin, tuottamisen. ETC on sarja redoksireaktioita, joissa elektronit siirtyvät reagoivista aineista mitokondrioproteiineihin. Tämä antaa proteiineille kyvyn siirtää protoneja sähkökemiallisen gradientin yli muodostaen PMF: n.
Sitruunahapposykli syötetään ETC: hen
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
ETC: n tärkeimmät biokemialliset reaktantit ovat elektronidonoreita sukusinaatti ja nikotiiniamidiadeniinidinukleotidihydraatti (NADH). Ne syntyvät sitruunahapposykliksi (CAC) kutsutulla prosessilla. Rasvat ja sokerit hajotetaan yksinkertaisemmiksi molekyyleiksi, kuten pyruvaatiksi, jotka sitten syötetään CAC: iin. CAC poistaa energian näistä molekyyleistä tuottamaan elektronitiheitä molekyylejä, joita ETC tarvitsee. CAC tuottaa kuusi NADH-molekyyliä ja menee päällekkäin varsinaisen ETC: n kanssa, kun se muodostaa sukkinaatin, toisen biokemiallisen reagenssin.
NADH ja FADH2
Nikotiiniamidiadeniinidinukleotidiksi (NAD +) kutsutun elektroniheikan prekursorimolekyylin fuusio protonin kanssa muodostaa NADH: n. NADH tuotetaan mitokondrioiden matriisissa, mitokondrioiden sisimmässä osassa. ETC: n erilaiset kuljetusproteiinit sijaitsevat mitokondrioiden sisäkalvolla, joka ympäröi matriisia. NADH lahjoittaa elektroneja ETC-proteiinien luokalle, jota kutsutaan NADH-dehydrogenaaseiksi, joka tunnetaan myös nimellä kompleksi I. Tämä hajottaa NADH: n takaisin NAD +: ksi ja protoniksi, kuljettamalla prosessissa neljä protonia matriisista, mikä lisää PMF: ää. Toisella molekyylillä, jota kutsutaan flaviiniadeniinidinukleotidiksi (FADH2), on samanlainen rooli kuin elektronidonorilla.
Sukkinaatti ja QH2
Sukkinaattimolekyyli tuotetaan yhdessä CAC: n keskivaiheista ja hajotetaan sen jälkeen fumaraatiksi dihydrokinonin (QH2) elektronidonorin muodostumisen helpottamiseksi. Tämä CAC: n osa menee päällekkäin ETC: n kanssa: QH2 antaa voiman siirtoproteiinille nimeltä Complex III, joka toimii karkottaen ylimääräisiä protoneja mitokondrioiden matriisista, mikä lisää PMF: ää. Kompleksi III aktivoi ylimääräisen kompleksin nimeltä Complex IV, joka vapauttaa vielä enemmän protoneja. Täten sukkinaatin hajoaminen fumaraatiksi johtaa lukuisten protonien karkottamiseen mitokondriosta kahden vuorovaikutuksessa olevan proteiinikompleksin kautta.
Happi
•••Justin Sullivan / Getty Images News / Getty Images
Solut hyödyntävät energiaa hitaiden, hallittujen palamisreaktioiden avulla. Molekyylit, kuten pyruvaatti ja sukkinaatti, vapauttavat hyödyllistä energiaa, kun ne poltetaan hapen läsnä ollessa. ETC: n elektronit siirtyvät lopulta happeen, joka pelkistyy vedeksi (H2O) absorboimalla prosessissa neljä protonia. Tällä tavoin happi toimii sekä terminaalin elektronin vastaanottajana (se on viimeinen molekyyli, joka saa ETC-elektronit) että välttämättömänä reagenssina. ETC ei voi tapahtua ilman happea, joten hapen nälkään menevät solut käyttävät erittäin tehotonta anaerobista hengitystä.
ADP ja Pi
ETC: n perimmäinen tavoite on tuottaa korkean energian molekyyli adenosiinitrifosfaatti (ATP) biokemiallisten reaktioiden katalysoimiseksi. ATP: n, adenosiinidifosfaatin (ADP) ja epäorgaanisen fosfaatin (Pi) esiasteet tuodaan helposti mitokondrioiden matriisiin. ADP: n ja Pi: n sitomiseksi tarvitaan korkea energiareaktio, missä PMF toimii. Sallimalla protonit takaisin matriisiin tuotetaan työenergiaa, joka pakottaa ATP: n muodostumaan sen esiasteista. On arvioitu, että 3,5 vetyä täytyy päästä matriisiin kunkin ATP-molekyylin muodostamiseksi.