Elektronų transportavimo grandinė (ETC) yra biocheminis procesas, kurio metu aerobiniuose organizmuose susidaro didžioji ląstelės kuro dalis. Tai apima protonų varomosios jėgos (PMF) kaupimąsi, leidžiančią gaminti pagrindinį ląstelių reakcijų katalizatorių ATP. ETC yra redoksinių reakcijų serija, kai elektronai iš reagentų perduodami į mitochondrijų baltymus. Tai suteikia baltymams galimybę judėti protonus per elektrocheminį gradientą, formuojant PMF.
Citrinų rūgšties ciklas patenka į ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Pagrindiniai ETC biocheminiai reagentai yra elektronų donorų sukcinatas ir nikotinamido adenino dinukleotido hidratas (NADH). Juos sukuria procesas, vadinamas citrinos rūgšties ciklu (CAC). Riebalai ir cukrus skirstomi į paprastesnes molekules, tokias kaip piruvatas, kurios vėliau patenka į CAC. CAC pašalina energiją iš šių molekulių, kad gautų elektronų tankias molekules, reikalingas ETC. CAC gamina šešias NADH molekules ir sutampa su tinkamu ETC, kai susidaro sukcinatas, kitas biocheminis reagentas.
NADH ir FADH2
Prastos elektronų pirmtako molekulės, vadinamos nikotinamido adenino dinukleotidu (NAD +), susiliejimas su protonu sudaro NADH. NADH gaminamas mitochondrijų matricoje, vidinėje mitochondriono dalyje. Įvairūs ETC baltymai yra ant mitochondrijų vidinės membranos, kuri supa matricą. NADH elektronus dovanoja ETC baltymų klasei, vadinamai NADH dehidrogenazėmis, dar vadinamu „Complex I“. Tai suskirsto NADH atgal į NAD + ir protoną, per kurį iš matricos transportuojami keturi protonai, padidinant PMF. Kita molekulė, vadinama flavino adenino dinukleotidu (FADH2), atlieka panašų vaidmenį kaip ir elektronų donoras.
Sukcinatas ir QH2
Sukcinato molekulę gamina vienas iš vidurinių CAC etapų, o vėliau ji suskaidoma į fumaratą, kad padėtų susidaryti dihidrochinono (QH2) elektronų donorui. Ši CAC dalis sutampa su ETC: QH2 maitina transportinį baltymą, vadinamą Complex III, kuris veikia išvarydamas papildomus protonus iš mitochondrijų matricos, padidindamas PMF. III kompleksas suaktyvina papildomą kompleksą, vadinamą Complex IV, kuris išskiria dar daugiau protonų. Taigi, sukcinato skaidymasis iki fumarato lemia daugelio protonų išmetimą iš mitochondrijos per du sąveikaujančius baltymų kompleksus.
Deguonis
•••Justinas Sullivanas / „Getty Images News“ / „Getty Images“
Ląstelės panaudoja energiją per lėtas, kontroliuojamas degimo reakcijas. Tokios molekulės kaip piruvatas ir sukcinatas išskiria naudingą energiją, kai jos deginamos esant deguoniui. ETC elektronai galiausiai perduodami deguoniui, kuris redukuojamas iki vandens (H2O), proceso metu absorbuodamas keturis protonus. Tokiu būdu deguonis veikia ir kaip galutinis elektronų gavėjas (tai yra paskutinė molekulė, gavusi ETC elektronus), ir kaip būtinas reagentas. ETC negali įvykti be deguonies, todėl deguonies alkio ląstelės naudoja labai neefektyvų anaerobinį kvėpavimą.
ADP ir Pi
Galutinis ETC tikslas yra pagaminti didelės energijos molekulę adenozino trifosfatą (ATP), kad katalizuotų biochemines reakcijas. ATP, adenozino difosfato (ADP) ir neorganinio fosfato (Pi) pirmtakai yra lengvai importuojami į mitochondrijų matricą. Norint surišti ADP ir Pi kartu, reikia didelės energijos reakcijos, kur PMF veikia. Leidžiant protonus grįžti į matricą, gaunama darbinė energija, priverčianti susidaryti ATP iš jos pirmtakų. Manoma, kad kiekvienos ATP molekulės susidarymui matricoje turi patekti 3,5 vandenilio.