Elektronu transporta ķēde (ETC) ir bioķīmiskais process, kas aerobos organismos ražo lielāko daļu šūnas degvielas. Tas ietver protonu kustības spēka (PMF) uzkrāšanos, kas ļauj ražot ATP, galveno šūnu reakciju katalizatoru. ETC ir virkne redoksreakciju, kur elektroni tiek pārnesti no reaģentiem uz mitohondriju proteīniem. Tas dod olbaltumvielām iespēju pārvietot protonus pa elektroķīmisko gradientu, veidojot PMF.
Citronskābes cikls nonāk ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Galvenie ETC bioķīmiskie reaģenti ir elektronu donoru sukcināts un nikotīnamīda adenīna dinukleotīda hidrāts (NADH). Tos rada process, ko sauc par citronskābes ciklu (CAC). Tauki un cukuri tiek sadalīti vienkāršākās molekulās, piemēram, piruvātā, kas pēc tam nonāk CAC. CAC atdala enerģiju no šīm molekulām, lai ražotu elektronam blīvas molekulas, kas nepieciešamas ETC. CAC ražo sešas NADH molekulas un pārklājas ar ETC, kad tas veido sukcinātu - otru bioķīmisko reaģentu.
NADH un FADH2
Nabadzīgā elektronu prekursora molekulas, ko sauc par nikotinamīda adenīna dinukleotīdu (NAD +), saplūšana ar protonu veido NADH. NADH tiek ražots mitohondriju matricā, kas ir mitohondrija iekšējā daļa. Dažādi ETC transporta proteīni atrodas uz mitohondriju iekšējās membrānas, kas ieskauj matricu. NADH ziedo elektronus ETC olbaltumvielu klasei, ko sauc par NADH dehidrogenāzēm, kas pazīstama arī kā I komplekss. Tādējādi NADH atkal sadalās NAD + un protonā, procesā transportējot četrus protonus no matricas, palielinot PMF. Citai molekulai, ko sauc par flavīna adenīna dinukleotīdu (FADH2), ir līdzīga loma kā elektronu donoram.
Sukcināts un QH2
Sukcināta molekulu ražo viens no CAC vidējiem posmiem, un pēc tam tā tiek sadalīta fumarātā, lai palīdzētu veidot dihidrohinona (QH2) elektronu donoru. Šī CAC daļa pārklājas ar ETC: QH2 nodrošina transporta olbaltumvielu, ko sauc par Complex III, kas darbojas, lai izraidītu papildu protonus no mitohondriju matricas, palielinot PMF. III komplekss aktivizē papildu kompleksu ar nosaukumu Complex IV, kas atbrīvo vēl vairāk protonu. Tādējādi, sukcināta sadalīšanās rezultātā līdz fumarātam, daudzos protonos tiek izvadīti mitohondriji, izmantojot divus mijiedarbojošos olbaltumvielu kompleksus.
Skābeklis
•••Džastins Salivans / Getty Images News / Getty Images
Šūnas izmanto enerģiju, izmantojot virkni lēnu, kontrolētu sadegšanas reakciju. Molekulas, piemēram, piruvāts un sukcināts, atbrīvo lietderīgo enerģiju, kad tās sadedzina skābekļa klātbūtnē. ETC elektroni galu galā tiek nodoti skābeklim, kas reducējas par ūdeni (H2O), procesā absorbējot četrus protonus. Tādā veidā skābeklis darbojas gan kā gala elektronu saņēmējs (tā ir pēdējā molekula, kas ieguvusi ETC elektronus), gan kā būtisks reaģents. ETC nevar notikt bez skābekļa trūkuma, tāpēc skābekļa trūkuma šūnas izmanto ļoti neefektīvu anaerobo elpošanu.
ADP un Pi
ETC galīgais mērķis ir ražot augstas enerģijas molekulu adenozīna trifosfātu (ATP), lai katalizētu bioķīmiskās reakcijas. ATP, adenozīna difosfāta (ADP) un neorganiskā fosfāta (Pi) prekursori tiek viegli importēti mitohondriju matricā. Lai sasaistītu ADP un Pi kopā, ir nepieciešama augsta enerģētiskā reakcija, kur PMF patiešām darbojas. Ļaujot protonus atgriezties matricā, tiek ražota darba enerģija, liekot ATP veidoties no tā prekursoriem. Tiek lēsts, ka katras ATP molekulas veidošanās matricā jāiekļūst 3,5 ūdeņražiem.