Care sunt reactanții lanțului de transport al electronilor?

Lanțul de transport al electronilor (ETC) este procesul biochimic care produce cea mai mare parte a combustibilului unei celule în organismele aerobe. Aceasta implică acumularea unei forțe motrice a protonului (PMF), care permite producerea de ATP, principalul catalizator al reacțiilor celulare. ETC este o serie de reacții redox în care electronii sunt transferați de la reactanți la proteinele mitocondriale. Acest lucru conferă proteinelor capacitatea de a deplasa protoni pe un gradient electrochimic, formând PMF.

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

Principalii reactivi biochimici ai ETC sunt donatorii de electroni succinat și nicotinamidă adenină dinucleotidă hidratată (NADH). Acestea sunt generate de un proces numit ciclul acidului citric (CAC). Grăsimile și zaharurile sunt descompuse în molecule mai simple, cum ar fi piruvatul, care apoi se alimentează în CAC. CAC elimină energia din aceste molecule pentru a produce moleculele dense în electroni necesare pentru ETC. CAC produce șase molecule NADH și se suprapune cu ETC propriu-zis atunci când formează succinat, celălalt reactant biochimic.

Fuziunea unei molecule precursoare sărace în electroni numită nicotinamidă adenină dinucleotidă (NAD +) cu un proton formează NADH. NADH este produs în matricea mitocondrială, cea mai interioară parte a mitocondriei. Diferitele proteine ​​de transport ale ETC sunt situate pe membrana interioară mitocondrială, care înconjoară matricea. NADH donează electroni unei clase de proteine ​​ETC numite NADH dehidrogenaze, cunoscută și sub numele de Complex I. Acest lucru descompune NADH înapoi în NAD + și un proton, transportând patru protoni din matrice în proces, crescând PMF. O altă moleculă numită flavină adenină dinucleotidă (FADH2) joacă un rol similar ca donator de electroni.

Molecula de succinat este produsă de una dintre etapele de mijloc ale CAC și este ulterior degradată în fumarat pentru a ajuta la formarea donatorului de electroni dihidrochinonă (QH2). Această parte a CAC se suprapune cu ETC: QH2 alimentează o proteină de transport numită Complex III, care acționează pentru a expulza protoni suplimentari din matricea mitocondrială, crescând PMF. Complexul III activează un complex suplimentar numit Complex IV, care eliberează și mai mulți protoni. Astfel, degradarea succinatului în fumarat are ca rezultat expulzarea a numeroși protoni din mitocondrie prin intermediul a două complexe proteice care interacționează.

•••Justin Sullivan / Știri Getty Images / Getty Images

Celulele valorifică energia printr-o serie de reacții de ardere lente și controlate. Moleculele precum piruvatul și succinatul eliberează energie utilă atunci când sunt arse în prezența oxigenului. Electronii din ETC sunt trecuți în cele din urmă către oxigen, care este redus la apă (H2O), absorbind patru protoni în proces. În acest fel, oxigenul acționează atât ca receptor terminal de electroni (este ultima moleculă care obține electronii ETC), cât și ca reactant esențial. ETC nu se poate întâmpla în absența oxigenului, astfel încât celulele înfometate cu oxigen recurg la respirație anaerobă foarte ineficientă.

Scopul final al ETC este de a produce molecula cu energie ridicată adenozin trifosfat (ATP) pentru a cataliza reacțiile biochimice. Precursorii ATP, adenozin difosfatului (ADP) și fosfatului anorganic (Pi) sunt ușor importați în matricea mitocondrială. Este nevoie de o reacție cu energie ridicată pentru a lega ADP și Pi împreună, acesta funcționând PMF. Permițând întoarcerea protonilor în matrice, se produce energie de lucru, forțând formarea ATP de la precursorii săi. Se estimează că 3,5 hidrogeni trebuie să intre în matrice pentru formarea fiecărei molecule ATP.