Jakie są reagenty łańcucha transportu elektronów?

Łańcuch transportu elektronów (ETC) to proces biochemiczny, który wytwarza większość paliwa komórkowego w organizmach tlenowych. Wiąże się to z nagromadzeniem siły napędowej protonów (PMF), która pozwala na produkcję ATP, głównego katalizatora reakcji komórkowych. ETC to seria reakcji redoks, w których elektrony są przenoszone z substratów do białek mitochondrialnych. Daje to białkom zdolność do przemieszczania protonów przez gradient elektrochemiczny, tworząc PMF.

•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images

Głównymi odczynnikami biochemicznymi ETC są bursztynian donorów elektronów i hydrat dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADH). Są one generowane w procesie zwanym cyklem kwasu cytrynowego (CAC). Tłuszcze i cukry są rozkładane na prostsze cząsteczki, takie jak pirogronian, które następnie zasilają CAC. CAC odbiera energię z tych cząsteczek, aby wytworzyć cząsteczki o dużej gęstości elektronów potrzebne do ETC. CAC wytwarza sześć cząsteczek NADH i nakłada się na właściwy ETC, gdy tworzy bursztynian, inny reagent biochemiczny.

Fuzja ubogiej w elektrony cząsteczki prekursorowej zwanej dinukleotydem nikotynamidoadeninowym (NAD+) z protonem tworzy NADH. NADH jest produkowany w macierzy mitochondrialnej, najbardziej wewnętrznej części mitochondrium. Różne białka transportowe ETC znajdują się na wewnętrznej błonie mitochondrialnej, która otacza macierz. NADH przekazuje elektrony do klasy białek ETC zwanych dehydrogenazami NADH, znanymi również jako Kompleks I. To rozkłada NADH z powrotem na NAD + i proton, transportując cztery protony z matrycy w procesie, zwiększając PMF. Inna cząsteczka zwana dinukleotydem flawinoadeninowym (FADH2) odgrywa podobną rolę jako donor elektronów.

Cząsteczka bursztynianu jest wytwarzana w jednym ze środkowych etapów CAC, a następnie jest rozkładana na fumaran, aby pomóc w tworzeniu dihydrochinonu (QH2) donoru elektronów. Ta część CAC pokrywa się z ETC: QH2 zasila białko transportowe o nazwie Complex III, które działa w celu wydalenia dodatkowych protonów z macierzy mitochondrialnej, zwiększając PMF. Complex III aktywuje dodatkowy kompleks o nazwie Complex IV, który uwalnia jeszcze więcej protonów. Zatem degradacja bursztynianu do fumaranu powoduje wydalenie licznych protonów z mitochondrium przez dwa oddziałujące kompleksy białkowe.

•••Justin Sullivan/Getty Images Wiadomości/Getty Images

Komórki wykorzystują energię poprzez szereg powolnych, kontrolowanych reakcji spalania. Cząsteczki takie jak pirogronian i bursztynian uwalniają użyteczną energię, gdy są spalane w obecności tlenu. Elektrony w ETC są ostatecznie przekazywane do tlenu, który jest redukowany do wody (H2O), pochłaniając w tym procesie cztery protony. W ten sposób tlen działa zarówno jako końcowy odbiorca elektronów (jest ostatnią cząsteczką, która otrzymuje elektrony ETC), jak i niezbędny reagent. ETC nie może nastąpić przy braku tlenu, więc komórki ubogie w tlen uciekają się do wysoce nieefektywnego oddychania beztlenowego.

Ostatecznym celem ETC jest wytworzenie wysokoenergetycznej cząsteczki adenozynotrifosforanu (ATP), która katalizuje reakcje biochemiczne. Prekursory ATP, difosforan adenozyny (ADP) i fosforan nieorganiczny (Pi) są łatwo importowane do macierzy mitochondrialnej. Aby związać ADP i Pi, potrzebna jest reakcja o wysokiej energii, w której działa PMF. Wpuszczając protony z powrotem do macierzy, wytwarzana jest energia robocza, wymuszając tworzenie ATP z jego prekursorów. Szacuje się, że 3,5 wodoru musi wejść do matrycy, aby utworzyć każdą cząsteczkę ATP.