שרשרת הובלת האלקטרונים (ETC) היא התהליך הביוכימי המייצר את מרבית הדלק של התא באורגניזמים אירוביים. זה כולל הצטברות של כוח מניע פרוטון (PMF), המאפשר לייצר ATP, הזרז העיקרי לתגובות הסלולר. ה- ETC היא סדרה של תגובות חמצון שבהן אלקטרונים מועברים ממגיבים לחלבונים המיטוכונדריה. זה נותן לחלבונים את היכולת להעביר פרוטונים על פני שיפוע אלקטרוכימי, ויוצרים את ה- PMF.
מחזור חומצות לימון ניזון ל- ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
המגיבים הביוכימיים העיקריים של ה- ETC הם תורמי האלקטרונים succinate ו- nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NADH). אלה נוצרים על ידי תהליך הנקרא מחזור חומצת לימון (CAC). שומנים וסוכרים מפורקים למולקולות פשוטות יותר כמו פירובט, שאז ניזונות ל- CAC. ה- CAC מפשיל אנרגיה ממולקולות אלה כדי לייצר מולקולות צפופות אלקטרונים הדרושות ל- ETC. ה- CAC מייצר שש מולקולות NADH וחופף את ה- ETC המתאים כאשר הוא יוצר succinate, המגיב הביוכימי האחר.
NADH ו- FADH2
היתוך של מולקולת מבשר דלה אלקטרונים הנקראת ניקוטינמיד אדנין דינוקלאוטיד (NAD +) עם פרוטון יוצר NADH. NADH מיוצר בתוך המטריצה המיטוכונדריה, החלק הפנימי ביותר של המיטוכונדריה. חלבוני התחבורה השונים של ה- ETC ממוקמים על הקרום הפנימי המיטוכונדריאלי, המקיף את המטריצה. NADH תורם אלקטרונים למחלקה של חלבוני ETC הנקראים NADH dehydrogenases, הידוע גם בשם קומפלקס I. זה שובר את NADH בחזרה ל- NAD + ופרוטון, ומעביר ארבעה פרוטונים מחוץ למטריקס תוך כדי הגדלת ה- PMF. מולקולה אחרת הנקראת פלבין אדנין דינוקלאוטיד (FADH2) ממלאת תפקיד דומה לתורם אלקטרונים.
Succinate ו- QH2
מולקולת הסוקצינט מיוצרת על ידי אחד הצעדים האמצעיים של ה- CAC, ולאחר מכן מושפלת לפומרט כדי לסייע ביצירת תורם האלקטרונים דיהידרוקינון (QH2). חלק זה של ה- CAC חופף ל- ETC: QH2 מניע חלבון תחבורה בשם Complex III, הפועל להוצאת פרוטונים נוספים מהמטריקס המיטוכונדריאלי, מה שמגדיל את ה- PMF. קומפלקס III מפעיל מתחם נוסף בשם Complex IV, המשחרר פרוטונים עוד יותר. לפיכך, ההשפלה של succinate לפומאט גורמת לסילוק של פרוטונים רבים מהמיטוכונדריון דרך שני מתחמי חלבון האינטראקטיביים.
חַמצָן
•••ג'סטין סאליבן / חדשות Getty Images / Getty Images
תאים רותמים אנרגיה באמצעות סדרה של תגובות בעירה איטיות ומבוקרות. מולקולות כמו פירובט וסוקצינט משחררות אנרגיה שימושית כאשר הן נשרפות בנוכחות חמצן. אלקטרונים ב- ETC מועברים בסופו של דבר לחמצן, המופחת למים (H2O), וסופג ארבעה פרוטונים בתהליך. באופן זה, חמצן משמש גם כמקבל אלקטרונים סופני (זו המולקולה האחרונה שמקבלת את אלקטרוני ה- ETC) וגם כמגיב חיוני. ה- ETC אינו יכול לקרות בהיעדר חמצן, ולכן תאים מורעבים בחמצן נוקטים נשימה אנאירובית מאוד לא יעילה.
ADP ו- Pi
המטרה הסופית של ה- ETC היא לייצר מולקולת אדנוזין טריפוספט (ATP) עם אנרגיה גבוהה לזרז תגובות ביוכימיות. קודמיהם של ATP, אדנוזין דיפוספט (ADP) ופוספט אנאורגני (Pi) מיובאים בקלות למטריקס המיטוכונדריה. נדרשת תגובה אנרגטית גבוהה כדי לקשור ADP ו- Pi יחד, שם פועל ה- PMF. על ידי הכנסת פרוטונים חזרה למטריקס, מיוצרת אנרגיית עבודה שמכריחה את היווצרות ה- ATP מקודמיו. ההערכה היא כי 3.5 מימנים חייבים להיכנס למטריקס ליצירת כל מולקולת ATP.