Veriga prenosa elektronov (ETC) je biokemični proces, ki v aerobnih organizmih proizvede večino celičnega goriva. To vključuje kopičenje protonske gibalne sile (PMF), ki omogoča proizvodnjo ATP, glavnega katalizatorja celičnih reakcij. ETC je vrsta redoks reakcij, kjer se elektroni prenašajo iz reaktantov v mitohondrijske proteine. To daje beljakovinam zmožnost premikanja protonov po elektrokemičnem gradientu in tvori PMF.
Cikel citronske kisline se vnaša v ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Glavna biokemična reaktanta ETC sta elektronska darovalca sukcinat in nikotinamid adenin dinukleotid hidrat (NADH). Ti nastanejo s postopkom, imenovanim cikel citronske kisline (CAC). Maščobe in sladkorji se razgradijo na enostavnejše molekule, kot je piruvat, ki se nato dovajajo v CAC. CAC odvzema energijo iz teh molekul, da tvori elektronsko goste molekule, ki jih potrebuje ETC. CAC proizvede šest molekul NADH in se prekriva z lastnim ETC, ko tvori sukcinat, drugi biokemični reaktant.
NADH in FADH2
Fuzija molekule predhodnika, ki nima elektronov, imenovane nikotinamid adenin dinukleotid (NAD +), s protonom tvori NADH. NADH se tvori znotraj mitohondrijske matrike, najbolj notranjega dela mitohondrije. Različni transportni proteini ETC se nahajajo na notranji membrani mitohondrija, ki obdaja matriks. NADH donira elektrone razredu beljakovin ETC, imenovanih NADH dehidrogenaze, znane tudi kot kompleks I. To razgradi NADH nazaj v NAD + in proton ter v procesu prenese štiri protone iz matrike in poveča PMF. Druga molekula, imenovana flavin adenin dinukleotid (FADH2), igra podobno vlogo kot dajalec elektronov.
Sukcinat in QH2
Molekula sukcinata nastane v enem od srednjih korakov CAC in se nato razgradi v fumarat, da pomaga tvoriti donor elektrona dihidrokinon (QH2). Ta del CAC se prekriva z ETC: QH2 poganja transportni protein, imenovan Kompleks III, ki deluje tako, da iz mitohondrijske matrice izloča dodatne protone in s tem povečuje PMF. Kompleks III aktivira dodaten kompleks, imenovan Kompleks IV, ki sprosti še več protonov. Tako razgradnja sukcinata na fumarat povzroči izgon številnih protonov iz mitohondriona skozi dva interakcijska proteinska kompleksa.
Kisik
•••Justin Sullivan / Getty Images Novice / Getty Images
Celice izkoriščajo energijo skozi vrsto počasnih, nadzorovanih reakcij izgorevanja. Molekule, kot sta piruvat in sukcinat, sproščajo koristno energijo, ko jih zgorevamo v prisotnosti kisika. Elektroni v ETC se sčasoma prenesejo v kisik, ki se reducira v vodo (H2O), pri čemer absorbira štiri protone. Na ta način kisik deluje tako kot končni prejemnik elektrona (je zadnja molekula, ki dobi elektrone ETC) kot bistveni reaktant. ETC se ne more zgoditi v odsotnosti kisika, zato se celice, stradale od kisika, zatekajo k zelo neučinkovitemu anaerobnemu dihanju.
ADP in Pi
Končni cilj ETC je proizvesti visokoenergijsko molekulo adenozin trifosfat (ATP) za katalizacijo biokemijskih reakcij. Predhodniki ATP, adenozin difosfat (ADP) in anorganski fosfat (Pi) se zlahka uvozijo v mitohondrijski matriks. Potrebna je visokoenergijska reakcija, da ADP in Pi povežemo skupaj, kjer PMF deluje. Z dovoljenjem protonov nazaj v matriko nastane delovna energija, ki prisili tvorbo ATP iz njegovih predhodnikov. Ocenjuje se, da mora v matriks za tvorbo vsake molekule ATP vstopiti 3,5 vodika.