Rantai Transpor Elektron (ETC): Definisi, Lokasi & Pentingnya

Sebagian besar sel hidup menghasilkan energi dari nutrisi melalui respirasi sel yang melibatkan pengambilan oksigen untuk melepaskan energi. Rantai transpor elektron atau ETC adalah tahap ketiga dan terakhir dari proses ini, dua lainnya adalah glikolisis dan siklus asam sitrat.

Energi yang dihasilkan disimpan dalam bentuk ATP atau adenosin trifosfat, yang merupakan nukleotida yang ditemukan di seluruh organisme hidup.

Molekul ATP menyimpan energi dalam ikatan fosfat. ETC adalah tahap paling penting dari respirasi seluler dari sudut pandang energi karena menghasilkan ATP paling banyak. Dalam serangkaian reaksi redoks, energi dibebaskan dan digunakan untuk mengikat gugus fosfat ketiga ke adenosin difosfat untuk membuat ATP dengan tiga gugus fosfat.

Ketika sel membutuhkan energi, ia memutuskan ikatan gugus fosfat ketiga dan menggunakan energi yang dihasilkan.

Banyak reaksi kimia respirasi sel adalah reaksi redoks. Ini adalah interaksi antara zat seluler yang melibatkan pengurangan dan oksidasi

Serangkaian reaksi redoks membentuk rantai transpor elektron.

Bahan kimia yang teroksidasi adalah reduktor. Mereka menerima elektron dan mereduksi zat lain dengan mengambil elektronnya. Bahan kimia lain ini adalah agen pengoksidasi. Mereka menyumbangkan elektron dan mengoksidasi pihak lain dalam reaksi kimia redoks.

Ketika ada serangkaian reaksi kimia redoks yang terjadi, elektron dapat diteruskan melalui beberapa tahap sampai akhirnya digabungkan dengan zat pereduksi akhir.

Sel-sel organisme tingkat lanjut atau eukariota memiliki inti dan disebut sel eukariotik. Sel-sel tingkat yang lebih tinggi ini juga memiliki terikat membran struktur yang disebut mitokondria yang menghasilkan energi untuk sel. Mitokondria seperti pabrik kecil yang menghasilkan energi dalam bentuk molekul ATP. Reaksi berantai transpor elektron terjadi di dalam mitokondria.

Bergantung pada pekerjaan yang dilakukan sel, sel mungkin memiliki lebih banyak atau lebih sedikit mitokondria. sel otot kadang punya ribuan karena butuh banyak tenaga. Sel tumbuhan juga memiliki mitokondria; mereka menghasilkan glukosa melalui fotosintesis, dan kemudian digunakan dalam respirasi seluler dan, akhirnya, rantai transpor elektron di mitokondria.

Reaksi ETC berlangsung di dan melintasi membran dalam mitokondria. Proses respirasi sel lainnya, siklus asam sitrat, terjadi di dalam mitokondria dan memberikan beberapa bahan kimia yang dibutuhkan oleh reaksi ETC. ETC menggunakan karakteristik dari membran mitokondria bagian dalam untuk mensintesis Molekul ATP.

Mitokondria sangat kecil dan jauh lebih kecil dari sel. Untuk melihatnya dengan benar dan mempelajari strukturnya, diperlukan mikroskop elektron dengan perbesaran beberapa ribu kali. Gambar dari mikroskop elektron menunjukkan bahwa mitokondria memiliki membran luar yang halus dan memanjang dan a sangat terlipat membran dalam.

Lipatan membran bagian dalam berbentuk seperti jari dan menjangkau jauh ke bagian dalam mitokondria. Bagian dalam membran dalam berisi cairan yang disebut matriks, dan di antara membran dalam dan luar terdapat daerah berisi cairan kental yang disebut ruang antar-membran.

Siklus asam sitrat terjadi dalam matriks, dan menghasilkan beberapa senyawa yang digunakan oleh ETC. ETC mengambil elektron dari senyawa ini dan mengembalikan produk kembali ke siklus asam sitrat. Lipatan membran bagian dalam memberikan luas permukaan yang besar dengan banyak ruang untuk reaksi berantai transpor elektron.

Kebanyakan organisme sel tunggal adalah prokariota, yang berarti sel tidak memiliki nukleus. Sel prokariotik ini memiliki struktur sederhana dengan dinding sel dan membran sel yang mengelilingi sel dan mengontrol apa yang masuk dan keluar dari sel. Sel prokariotik kekurangan mitokondria dan lainnya organel terikat membran. Sebaliknya, produksi energi sel terjadi di seluruh sel.

Beberapa sel prokariotik seperti ganggang hijau dapat menghasilkan glukosa dari fotosintesis, sementara yang lain menelan zat yang mengandung glukosa. Glukosa kemudian digunakan sebagai makanan untuk produksi energi sel melalui respirasi sel.

Karena sel-sel ini tidak memiliki mitokondria, reaksi ETC pada akhir respirasi sel harus berlangsung di atas dan melintasi membran sel yang terletak tepat di dalam dinding sel.

ETC menggunakan elektron energi tinggi dari bahan kimia yang dihasilkan oleh siklus asam sitrat dan membawanya melalui empat langkah ke tingkat energi rendah. Energi dari reaksi kimia ini digunakan untuk pompa proton melintasi sebuah membran. Proton ini kemudian berdifusi kembali melalui membran.

Untuk sel prokariotik, protein dipompa melintasi membran sel yang mengelilingi sel. Untuk sel eukariotik dengan mitokondria, proton dipompa melintasi membran mitokondria bagian dalam dari matriks ke ruang antarmembran.

Donor elektron kimia termasuk: NADH dan FADH sedangkan akseptor elektron terakhir adalah oksigen. Bahan kimia NAD dan FAD diberikan kembali ke siklus asam sitrat sementara oksigen bergabung dengan hidrogen untuk membentuk air.

Proton yang dipompa melintasi membran menciptakan gradien proton. Gradien menghasilkan gaya gerak proton yang memungkinkan proton bergerak kembali melalui membran. Gerakan proton ini mengaktifkan ATP sintase dan menciptakan molekul ATP dari ADP. Keseluruhan proses kimia disebut fosforilasi oksidatif.

Empat kompleks kimia membentuk rantai transpor elektron. Mereka memiliki fungsi berikut:

• Kompleks I mengambil NADH donor elektron dari matriks dan mengirimkan elektron ke bawah rantai sambil menggunakan energi untuk memompa proton melintasi membran.
• Kompleks II menggunakan FADH sebagai donor elektron untuk memasok elektron tambahan ke rantai.
• Kompleks III melewatkan elektron ke bahan kimia perantara yang disebut sitokrom dan memompa lebih banyak proton melintasi membran.
• Kompleks IV menerima elektron dari sitokrom dan meneruskannya ke setengah dari molekul oksigen yang bergabung dengan dua atom hidrogen dan membentuk molekul air.

Pada akhir proses ini, gradien proton dihasilkan oleh setiap kompleks pemompaan proton melintasi membran. yang dihasilkan gaya gerak proton menarik proton melalui membran melalui molekul ATP sintase.

Saat mereka menyeberang ke matriks mitokondria atau bagian dalam sel prokariotik, aksi proton memungkinkan molekul ATP sintase untuk menambahkan gugus fosfat ke ADP atau adenosin difosfat molekul. ADP menjadi ATP atau adenosin trifosfat, dan energi disimpan dalam ikatan fosfat ekstra.

Masing-masing dari tiga fase respirasi seluler menggabungkan proses sel yang penting, tetapi ETC menghasilkan ATP paling banyak. Karena produksi energi adalah salah satu fungsi utama respirasi sel, ATP adalah fase yang paling penting dari sudut pandang itu.

Dimana ETC memproduksi hingga 34 molekul ATP dari produk satu molekul glukosa, siklus asam sitrat menghasilkan dua, dan glikolisis menghasilkan empat molekul ATP tetapi menggunakan dua di antaranya.

Fungsi kunci lain dari ETC adalah untuk menghasilkan NAD dan MODE dari NADH dan FADH dalam dua kompleks kimia pertama. Produk reaksi dalam kompleks I ETC dan kompleks II adalah molekul NAD dan FAD yang diperlukan dalam siklus asam sitrat.

Akibatnya, siklus asam sitrat bergantung pada ETC. Karena ETC hanya dapat berlangsung dengan adanya oksigen, yang bertindak sebagai akseptor elektron terakhir, siklus respirasi sel hanya dapat beroperasi sepenuhnya ketika organisme mengambil oksigen.

Semua organisme maju membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup. Beberapa hewan menghirup oksigen dari udara sementara hewan air mungkin memiliki insang atau menyerap oksigen melalui kulit.

Pada hewan tingkat tinggi, sel darah merah menyerap oksigen di paru-paru dan membawanya ke dalam tubuh. Arteri dan kemudian kapiler kecil mendistribusikan oksigen ke seluruh jaringan tubuh.

Saat mitokondria menggunakan oksigen untuk membentuk air, oksigen berdifusi keluar dari sel darah merah. Molekul oksigen bergerak melintasi membran sel dan masuk ke bagian dalam sel. Saat molekul oksigen yang ada habis, molekul baru menggantikannya.

Selama ada cukup oksigen, mitokondria dapat memasok semua energi yang dibutuhkan sel.

Glukosa adalah karbohidrat itu, ketika teroksidasi, menghasilkan karbon dioksida dan air. Selama proses ini, elektron dimasukkan ke dalam rantai transpor elektron.

Aliran elektron digunakan oleh kompleks protein di mitokondria atau membran sel untuk mengangkut ion hidrogen, H+, melintasi membran. Kehadiran lebih banyak ion hidrogen di luar membran daripada di dalam menciptakan a ketidakseimbangan pH dengan larutan yang lebih asam di luar membran.

Untuk menyeimbangkan pH, ion hidrogen mengalir kembali melintasi membran melalui kompleks protein sintase ATP, mendorong pembentukan molekul ATP. Energi kimia yang diambil dari elektron diubah menjadi bentuk energi elektrokimia yang tersimpan dalam gradien ion hidrogen.

Ketika energi elektrokimia dilepaskan melalui aliran ion hidrogen atau proton melalui kompleks ATP sintase, energi tersebut diubah menjadi energi biokimia dalam bentuk ATP.

Reaksi ETC adalah cara yang sangat efisien untuk menghasilkan dan menyimpan energi untuk digunakan sel dalam pergerakan, reproduksi, dan kelangsungan hidupnya. Ketika salah satu rangkaian reaksi diblokir, ETC tidak lagi berfungsi, dan sel-sel yang bergantung padanya mati.

Beberapa prokariota memiliki cara alternatif untuk menghasilkan energi dengan menggunakan zat selain oksigen sebagai elektron terakhir akseptor, tetapi sel eukariotik bergantung pada fosforilasi oksidatif dan rantai transpor elektron untuk energinya kebutuhan.

Zat yang dapat menghambat aksi ETC dapat memblokir reaksi redoks, menghambat transfer proton atau memodifikasi enzim kunci. Jika langkah redoks terhalang, transfer elektron berhenti dan oksidasi berlanjut ke tingkat tinggi di ujung oksigen sementara reduksi lebih lanjut terjadi di awal rantai.

Ketika proton tidak dapat ditransfer melintasi membran atau enzim seperti ATP sintase terdegradasi, produksi ATP berhenti.

Dalam kedua kasus, fungsi sel rusak dan sel mati.

Zat nabati seperti: rotenon, senyawa seperti sianida dan antibiotik seperti antimisin dapat digunakan untuk menghambat reaksi ETC dan menyebabkan kematian sel yang ditargetkan.

Misalnya, rotenone digunakan sebagai insektisida, dan antibiotik digunakan untuk membunuh bakteri. Ketika ada kebutuhan untuk mengontrol proliferasi dan pertumbuhan organisme, ETC dapat dilihat sebagai titik serangan yang berharga. Mengganggu fungsinya membuat sel kehilangan energi yang dibutuhkannya untuk hidup.