Lanac prijenosa elektrona (ETC) biokemijski je proces koji u aerobnim organizmima proizvodi većinu staničnog goriva. To uključuje nakupljanje protonske pokretačke sile (PMF), što omogućuje proizvodnju ATP-a, glavnog katalizatora staničnih reakcija. ETC je niz redoks reakcija gdje se elektroni prenose iz reaktanata u mitohondrijske proteine. To proteinima daje sposobnost kretanja protona kroz elektrokemijski gradijent, tvoreći PMF.
Ciklus limunske kiseline unosi se u ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Glavni biokemijski reaktanti ETC-a su donatori elektrona sukcinat i nikotinamid adenin dinukleotid hidrat (NADH). Oni se generiraju postupkom koji se naziva ciklus limunske kiseline (CAC). Masti i šećeri se razgrađuju na jednostavnije molekule poput piruvata, koji se zatim unose u CAC. CAC oduzima molekulu energiju da bi proizveo elektrono guste molekule potrebne ETC-u. CAC stvara šest molekula NADH i preklapa se s vlastitim ETC-om kada tvori sukcinat, drugi biokemijski reaktant.
NADH i FADH2
Fuzija molekule prekursora siromašne elektronom nazvane nikotinamid adenin dinukleotid (NAD +) s protonom stvara NADH. NADH se proizvodi unutar mitohondrijskog matriksa, najunutarnjeg dijela mitohondrija. Različiti transportni proteini ETC-a nalaze se na unutarnjoj membrani mitohondrija koja okružuje matricu. NADH donira elektrone klasi ETC proteina nazvanoj NADH dehidrogenaze, također poznatoj kao kompleks I. To razgrađuje NADH natrag u NAD + i proton, prenoseći četiri protona iz matrice u procesu, povećavajući PMF. Druga molekula nazvana flavin adenin dinukleotid (FADH2) igra sličnu ulogu kao donor elektrona.
Sukcinat i QH2
Molekula sukcinata proizvedena je jednim od srednjih koraka CAC-a, a zatim se razgrađuje u fumarat kako bi pomogla u stvaranju doniranog elektrona dihidrokinona (QH2). Ovaj se dio CAC-a preklapa s ETC-om: QH2 pokreće transportni protein nazvan Kompleks III, koji djeluje na izbacivanje dodatnih protona iz mitohondrijskog matriksa, povećavajući PMF. Kompleks III aktivira dodatni kompleks nazvan Kompleks IV koji oslobađa još više protona. Dakle, razgradnja sukcinata na fumarat rezultira izbacivanjem brojnih protona iz mitohondriona kroz dva interakcijska proteinska kompleksa.
Kisik
•••Justin Sullivan / Vijesti Getty Imagesa / Getty Images
Stanice iskorištavaju energiju kroz niz sporih, kontroliranih reakcija izgaranja. Molekule poput piruvata i sukcinata oslobađaju korisnu energiju kada se izgaraju u prisutnosti kisika. Elektroni u ETC-u na kraju se prenose na kisik, koji se reducira u vodu (H2O), upijajući pritom četiri protona. Na taj način kisik djeluje i kao terminalni primatelj elektrona (posljednja je molekula koja dobiva ETC elektrone) i kao bitan reaktant. ETC se ne može dogoditi u odsutnosti kisika, pa stanice izgladnjele kisikom pribjegavaju vrlo neučinkovitom anaerobnom disanju.
ADP i Pi
Krajnji je cilj ETC-a proizvodnja visokoenergijske molekule adenozin trifosfata (ATP) koja katalizira biokemijske reakcije. Prekursori ATP, adenozin difosfat (ADP) i anorganski fosfat (Pi) lako se uvoze u mitohondrijski matriks. Potrebna je visokoenergetska reakcija da bi se ADP i Pi povezali, a tu PMF i radi. Dopuštanjem protona natrag u matricu stvara se radna energija, prisiljavajući stvaranje ATP-a iz njegovih prekursora. Procjenjuje se da 3,5 vodika mora ući u matricu za stvaranje svake ATP molekule.