Rantai transpor elektron (ETC) adalah proses biokimia yang menghasilkan sebagian besar bahan bakar sel dalam organisme aerobik. Ini melibatkan penumpukan kekuatan motif proton (PMF), yang memungkinkan produksi ATP, katalis utama reaksi seluler. ETC adalah serangkaian reaksi redoks di mana elektron ditransfer dari reaktan ke protein mitokondria. Ini memberi protein kemampuan untuk memindahkan proton melintasi gradien elektrokimia, membentuk PMF.
Siklus Asam Sitrat Masuk ke DLL
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Reaktan biokimia utama dari ETC adalah donor elektron suksinat dan nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NADH). Ini dihasilkan oleh proses yang disebut siklus asam sitrat (CAC). Lemak dan gula dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana seperti piruvat, yang kemudian dimasukkan ke dalam CAC. CAC melepaskan energi dari molekul-molekul ini untuk menghasilkan molekul padat elektron yang dibutuhkan oleh ETC. CAC menghasilkan enam molekul NADH dan tumpang tindih dengan ETC yang tepat ketika membentuk suksinat, reaktan biokimia lainnya.
NADH dan FADH2
Fusi molekul prekursor miskin elektron yang disebut nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) dengan proton membentuk NADH. NADH diproduksi di dalam matriks mitokondria, bagian terdalam dari mitokondria. Berbagai protein transpor ETC terletak di membran dalam mitokondria, yang mengelilingi matriks. NADH menyumbangkan elektron ke kelas protein ETC yang disebut NADH dehidrogenase, juga dikenal sebagai Kompleks I. Ini memecah NADH kembali menjadi NAD+ dan sebuah proton, mengangkut empat proton keluar dari matriks dalam proses, meningkatkan PMF. Molekul lain yang disebut flavin adenine dinucleotide (FADH2) memainkan peran yang sama sebagai donor elektron.
Suksinat dan QH2
Molekul suksinat diproduksi oleh salah satu langkah tengah CAC dan kemudian didegradasi menjadi fumarat untuk membantu membentuk donor elektron dihidrokuinon (QH2). Bagian CAC ini tumpang tindih dengan ETC: QH2 menggerakkan protein transpor yang disebut Kompleks III, yang bertindak untuk mengeluarkan proton tambahan dari matriks mitokondria, meningkatkan PMF. Kompleks III mengaktifkan kompleks tambahan yang disebut Kompleks IV, yang melepaskan lebih banyak proton. Dengan demikian, degradasi suksinat menjadi fumarat menghasilkan pengusiran banyak proton dari mitokondria melalui dua kompleks protein yang berinteraksi.
Oksigen
•••Justin Sullivan/Getty Images News/Getty Images
Sel memanfaatkan energi melalui serangkaian reaksi pembakaran yang lambat dan terkontrol. Molekul seperti piruvat dan suksinat melepaskan energi yang berguna ketika mereka dibakar dengan adanya oksigen. Elektron di ETC akhirnya diteruskan ke oksigen, yang direduksi menjadi air (H2O), menyerap empat proton dalam prosesnya. Dengan cara ini, oksigen bertindak baik sebagai penerima elektron terminal (ini adalah molekul terakhir yang mendapatkan elektron ETC) dan reaktan esensial. ETC tidak dapat terjadi tanpa oksigen, sehingga sel yang kekurangan oksigen menggunakan respirasi anaerobik yang sangat tidak efisien.
ADP dan Pi
Tujuan akhir dari ETC adalah untuk menghasilkan molekul energi tinggi adenosin trifosfat (ATP) untuk mengkatalisis reaksi biokimia. Prekursor ATP, adenosin difosfat (ADP) dan fosfat anorganik (Pi) siap diimpor ke dalam matriks mitokondria. Dibutuhkan reaksi energi tinggi untuk mengikat ADP dan Pi bersama-sama, di situlah PMF bekerja. Dengan membiarkan proton kembali ke matriks, energi kerja dihasilkan, memaksa pembentukan ATP dari prekursornya. Diperkirakan 3,5 hidrogen harus masuk ke matriks untuk pembentukan setiap molekul ATP.