Elektrontransportkedjan (ETC) är den biokemiska processen som producerar det mesta av cellens bränsle i aeroba organismer. Detta innebär uppbyggnad av en protonmotivkraft (PMF), som möjliggör produktion av ATP, den huvudsakliga katalysatorn för cellulära reaktioner. ETC är en serie redoxreaktioner där elektroner överförs från reaktanter till mitokondriella proteiner. Detta ger proteinerna förmågan att flytta protoner över en elektrokemisk gradient och bilda PMF.
Citronsyracykeln matas in i ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
De viktigaste biokemiska reaktanterna i ETC är elektrondonatorerna succinat och nikotinamidadenindinukleotidhydrat (NADH). Dessa genereras genom en process som kallas citronsyracykeln (CAC). Fetter och sockerarter bryts ner i enklare molekyler som pyruvat, som sedan matas in i CAC. CAC avlägsnar energi från dessa molekyler för att producera de elektrontäta molekyler som behövs av ETC. CAC producerar sex NADH-molekyler och överlappar varandra med ETC när det bildar succinat, den andra biokemiska reaktanten.
NADH och FADH2
Fusionen av en elektronfattig föregångarmolekyl som kallas nikotinamid-adenindinukleotid (NAD +) med en proton bildar NADH. NADH produceras inom den mitokondriella matrisen, den innersta delen av mitokondrionen. De olika transportproteinerna i ETC ligger på det mitokondriella inre membranet, som omger matrisen. NADH donerar elektroner till en klass av ETC-proteiner som kallas NADH-dehydrogenaser, även kända som komplex I. Detta bryter ner NADH ner i NAD + och en proton, transporterar fyra protoner ut ur matrisen under processen, vilket ökar PMF. En annan molekyl som kallas flavinadenindinukleotid (FADH2) spelar en liknande roll som en elektrondonator.
Succinat och QH2
Succinatmolekylen produceras av ett av mittstegen i CAC och bryts sedan ned till fumarat för att hjälpa till att bilda dihydrokinon (QH2) elektrondonator. Denna del av CAC överlappar ETC: QH2 driver ett transportprotein som heter Complex III, vilket verkar för att utvisa ytterligare protoner från mitokondriell matris, vilket ökar PMF. Komplex III aktiverar ett ytterligare komplex som kallas Komplex IV, som släpper ut ännu fler protoner. Nedbrytningen av succinat till fumarat resulterar således i utvisningen av många protoner från mitokondrion genom två interagerande proteinkomplex.
Syre
•••Justin Sullivan / Getty Images Nyheter / Getty Images
Celler utnyttjar energi genom en serie långsamma, kontrollerade förbränningsreaktioner. Molekyler som pyruvat och succinat frigör användbar energi när de förbränns i närvaro av syre. Elektroner i ETC passerar så småningom till syre, som reduceras till vatten (H2O), vilket absorberar fyra protoner i processen. På detta sätt fungerar syre både som en terminal elektronmottagare (det är den sista molekylen som får ETC-elektronerna) och som en väsentlig reaktant. ETC kan inte ske i frånvaro av syre, så syre-svälta celler tillgriper mycket ineffektiv anaerob andning.
ADP och Pi
Det slutgiltiga målet för ETC är att producera högenergimolekylen adenosintrifosfat (ATP) för att katalysera biokemiska reaktioner. Prekursorerna för ATP, adenosindifosfat (ADP) och oorganiskt fosfat (Pi) importeras lätt till den mitokondriella matrisen. Det krävs en hög energireaktion för att binda ADP och Pi tillsammans, det är där PMF fungerar. Genom att släppa in protoner i matrisen produceras arbetsenergi som tvingar bildningen av ATP från dess föregångare. Det uppskattas att 3,5 väten måste komma in i matrisen för bildandet av varje ATP-molekyl.