ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი (ETC) არის ბიოქიმიური პროცესი, რომელიც აწარმოებს უჯრედისის საწვავის უმეტეს ნაწილს აერობულ ორგანიზმებში. ეს მოიცავს პროტონის მამოძრავებელი ძალის (PMF) დაგროვებას, რაც საშუალებას იძლევა წარმოქმნას ATP, უჯრედული რეაქციების მთავარი კატალიზატორი. ETC არის რედოქს რეაქციების სერია, როდესაც ელექტრონები რეაქტიული ნივთიერებებიდან მიტოქონდრიულ ცილებამდე გადადიან. ეს აძლევს პროტეინებს პროტონების ელექტროქიმიური გრადიენტის გადაადგილების შესაძლებლობას, ქმნის PMF- ს.
ლიმონმჟავას ციკლი იკვებება ETC- ში
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
ETC– ის ძირითადი ბიოქიმიური რეაქტორებია ელექტრონული დონორები სუქცინატი და ნიკოტინამიდი ადენინის დინუკლეოტიდის ჰიდრატი (NADH). ეს წარმოიქმნება პროცესით, რომელსაც ეწოდება ციტრუსის მჟავას ციკლი (CAC). ცხიმები და შაქრები იყოფა უფრო მარტივ მოლეკულად, როგორიცაა პიროვატი, რომლებიც შემდეგ იკვებება CAC– ში. CAC აცლის ენერგიას ამ მოლეკულებისგან ელექტრონული მკვრივი მოლეკულების წარმოსაქმნელად, რომლებიც საჭიროა ETC- სთვის. CAC აწარმოებს ექვს NADH მოლეკულას და გადაფარავს ETC შესაბამისს, როდესაც ის ქმნის სუცინატს, სხვა ბიოქიმიურ რეაქტორს.
NADH და FADH2
ელექტრონულად ღარიბი წინამორბედი მოლეკულის შერწყმა, რომელსაც ეწოდება ნიკოტინამიდი ადენინი დინუკლეოტიდი (NAD +) პროტონთან, ქმნის NADH. NADH წარმოიქმნება მიტოქონდრიულ მატრიქსში, მიტოქონდრიონის შინაგანი ნაწილი. ETC- ის სხვადასხვა სატრანსპორტო ცილები განლაგებულია მიტოქონდრიულ შიდა მემბრანაზე, რომელიც გარს აკრავს მატრიქსს. NADH აჩუქებს ელექტრონებს ETC ცილების კლასს, სახელწოდებით NADH დეჰიდროგენაზები, ასევე ცნობილი როგორც I კომპლექსი. ამით NADH იშლება NAD + და პროტონში და ამ პროცესში მატრიქსიდან ოთხი პროტონის ტრანსპორტირებას ახდენს PMF- ს გაზრდით. ელექტრონის დონორის ანალოგიურ როლს ასრულებს კიდევ ერთი მოლეკულა, რომელსაც ფლავინ ადენინის დინუკლეოტიდი (FADH2) ეწოდება.
სუცინატი და QH2
სუქცინატის მოლეკულა წარმოიქმნება CAC- ის ერთ-ერთი შუა საფეხურით და შემდგომში იშლება ფუმარატად, რაც ხელს უწყობს დიჰიდროქინონის (QH2) ელექტრონული დონორის ფორმირებას. CAC– ის ეს ნაწილი ემთხვევა ETC– ს: QH2 აძლიერებს ტრანსპორტის ცილას, რომელსაც ეწოდება III კომპლექსი, რომელიც მოქმედებს მიტოქონდრიული მატრიციდან დამატებითი პროტონის განდევნაში, ზრდის PMF– ს. III კომპლექსი ააქტიურებს დამატებით კომპლექსს, რომელსაც ეწოდება Complex IV, რომელიც კიდევ უფრო მეტ პროტონს გამოყოფს. ამრიგად, სუქცინატის ფუმარატამდე დაშლის შედეგად მრავალი პროტონის გაძევება ხდება მიტოქონდრიონიდან ორი ურთიერთქმედი ცილოვანი კომპლექსის მეშვეობით.
ჟანგბადი
•••ჯასტინ სალივანი / გეტის სურათები სიახლეები / გეტის სურათები
უჯრედები ენერგიას იყენებენ ნელი, კონტროლირებადი წვის რეაქციების შედეგად. მოლეკულები, როგორიცაა პიროვატი და სუცინატი, გამოყოფს სასარგებლო ენერგიას, როდესაც ისინი იწვის ჟანგბადის თანდასწრებით. ETC– ში ელექტრონები საბოლოოდ გადადის ჟანგბადში, რომელიც წყალში გადაიყვანება (H2O), პროცესში ოთხი პროტონის შთანთქას. ამ წესით, ჟანგბადი მოქმედებს როგორც ტერმინალური ელექტრონული მიმღები (ეს არის უკანასკნელი მოლეკულა, რომელიც მიიღებს ETC ელექტრონებს) და ასევე არსებითი რეაქტორი. ETC არ შეიძლება მოხდეს ჟანგბადის არარსებობის გამო, ამიტომ ჟანგბადისგან შიმშილის მქონე უჯრედები მიმართავენ ძალზე არაეფექტურ ანაერობულ სუნთქვას.
ADP და Pi
ETC- ის საბოლოო მიზანია მაღალენერგეტიკული მოლეკულის ადენოზინტრიფოსფატის (ATP) წარმოება ბიოქიმიური რეაქციების კატალიზაციის მიზნით. ATP, ადენოზინის დიფოსფატი (ADP) და არაორგანული ფოსფატი (Pi) წინამორბედები ადვილად იმპორტირდება მიტოქონდრიულ მატრიქსში. საჭიროა მაღალი ენერგეტიკული რეაქცია ADP და Pi ერთმანეთთან დასაკავშირებლად, სადაც PMF მუშაობს. პროტონის მატრიქსში დაბრუნების გზით, წარმოიქმნება სამუშაო ენერგია, რაც აიძულებს ATP- ს ფორმირებას მისი წინამორბედებისგან. დადგენილია, რომ 3,5 წყალბადმა უნდა შეიტანოს მატრიცაში თითოეული ATP მოლეკულის წარმოქმნისთვის.