Elektron Taşıma Zincirinin Reaktanları Nelerdir?

Elektron taşıma zinciri (ETC), aerobik organizmalarda bir hücrenin yakıtının çoğunu üreten biyokimyasal süreçtir. Bu, hücresel reaksiyonların ana katalizörü olan ATP'nin üretimine izin veren bir proton hareket kuvvetinin (PMF) oluşumunu içerir. ETC, elektronların reaktanlardan mitokondriyal proteinlere aktarıldığı bir dizi redoks reaksiyonudur. Bu, proteinlere, protonları bir elektrokimyasal gradyan boyunca hareket ettirerek PMF'yi oluşturma yeteneği verir.

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

ETC'nin ana biyokimyasal reaktanları, elektron donörleri süksinat ve nikotinamid adenin dinükleotit hidrattır (NADH). Bunlar, sitrik asit döngüsü (CAC) adı verilen bir süreç tarafından üretilir. Yağlar ve şekerler, daha sonra CAC'ye beslenen piruvat gibi daha basit moleküllere parçalanır. CAC, ETC'nin ihtiyaç duyduğu elektron yoğun molekülleri üretmek için bu moleküllerden enerji alır. CAC, altı NADH molekülü üretir ve diğer biyokimyasal reaktan olan süksinat oluşturduğunda uygun ETC ile örtüşür.

Nikotinamid adenin dinükleotidi (NAD+) olarak adlandırılan elektronca zayıf bir öncü molekülün bir proton ile füzyonu NADH'yi oluşturur. NADH, mitokondrinin en iç kısmı olan mitokondriyal matris içinde üretilir. ETC'nin çeşitli taşıma proteinleri, matrisi çevreleyen mitokondriyal iç zar üzerinde bulunur. NADH, Kompleks I olarak da bilinen NADH dehidrojenazlar adı verilen bir ETC proteinleri sınıfına elektron bağışlar. Bu, NADH'yi tekrar NAD+'ya ve bir protona böler, süreçte dört protonu matristen dışarı taşır ve PMF'yi arttırır. Flavin adenin dinükleotidi (FADH2) olarak adlandırılan başka bir molekül, elektron donörü olarak benzer bir rol oynar.

Süksinat molekülü, CAC'nin orta adımlarından biri tarafından üretilir ve daha sonra dihidrokinon (QH2) elektron donörünün oluşturulmasına yardımcı olmak için fumarata indirgenir. CAC'nin bu kısmı ETC ile örtüşür: QH2, mitokondriyal matristen ek protonları dışarı atarak PMF'yi artıran Kompleks III adlı bir taşıma proteinine güç sağlar. Kompleks III, Kompleks IV adı verilen ve daha da fazla proton salan ek bir kompleksi aktive eder. Böylece, süksinatın fumarata bozunması, çok sayıda protonun mitokondriden iki etkileşimli protein kompleksi yoluyla atılmasıyla sonuçlanır.

•••Justin Sullivan/Getty Images Haberleri/Getty Images

Hücreler, bir dizi yavaş, kontrollü yanma reaksiyonu yoluyla enerjiden yararlanır. Piruvat ve süksinat gibi moleküller oksijen varlığında yakıldıklarında yararlı enerji açığa çıkarırlar. ETC'deki elektronlar sonunda oksijene geçirilir, bu oksijen suya (H2O) indirgenir ve işlemde dört protonu emer. Bu şekilde oksijen, hem terminal elektron alıcısı (ETC elektronlarını alan son moleküldür) hem de temel bir reaktan olarak hareket eder. ETC, oksijenin yokluğunda gerçekleşemez, bu nedenle oksijen açlığı çeken hücreler, oldukça verimsiz anaerobik solunuma başvururlar.

ETC'nin nihai amacı, biyokimyasal reaksiyonları katalize etmek için yüksek enerjili molekül adenozin trifosfat (ATP) üretmektir. ATP, adenosin difosfat (ADP) ve inorganik fosfatın (Pi) öncüleri, mitokondriyal matrise kolayca aktarılır. PMF'nin çalıştığı ADP ve Pi'yi birbirine bağlamak için yüksek bir enerji reaksiyonu gerekir. Protonların matrise geri dönmesine izin vererek, öncülerinden ATP oluşumunu zorlayarak çalışma enerjisi üretilir. Her ATP molekülünün oluşumu için matrikse 3.5 hidrojenin girmesi gerektiği tahmin edilmektedir.