Електронно-транспортний ланцюг (ETC) - це біохімічний процес, який виробляє більшу частину клітинного палива в аеробних організмах. Це передбачає накопичення рушійної сили протона (ПМФ), що дозволяє виробляти АТФ, головний каталізатор клітинних реакцій. ETC - це серія окислювально-відновних реакцій, коли електрони переносяться з реагентів у білки мітохондрій. Це дає білкам здатність переміщувати протони по електрохімічному градієнту, утворюючи ФМП.
Цикл лимонної кислоти подається в ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Основними біохімічними реагентами ETC є донори електронів сукцинат та нікотинамід аденіндінуклеотидгідрат (NADH). Вони генеруються процесом, який називається цикл лимонної кислоти (CAC). Жири та цукру розщеплюються на простіші молекули, такі як піруват, які потім надходять у САС. CAC забирає енергію з цих молекул для отримання електронно-щільних молекул, необхідних ETC. CAC виробляє шість молекул NADH і перекривається з власне ETC, коли він утворює сукцинат, інший біохімічний реагент.
NADH та FADH2
Злиття бідної електронами молекули-попередника, що називається нікотинамід-аденин-динуклеотид (NAD +), з протоном утворює NADH. NADH утворюється в мітохондріальному матриксі, внутрішній частині мітохондрії. Різні транспортні білки ETC розташовані на внутрішній мембрані мітохондрій, яка оточує матрикс. NADH дарує електрони класу білків ETC, які називаються NADH-дегідрогеназами, також відомими як Комплекс I. Це розщеплює NADH назад на NAD + і протон, транспортуючи чотири протони з матриці в процесі, збільшуючи PMF. Інша молекула, що називається флавін-аденин-динуклеотид (FADH2), відіграє подібну роль як донор електронів.
Сукцинат і QH2
Молекула сукцинату виробляється на одній із середніх стадій САС і згодом деградується до фумарату, допомагаючи утворювати донор електронів дигідрохінону (QH2). Ця частина CAC перекривається з ETC: QH2 забезпечує транспортний білок, що називається Комплекс III, який діє для витіснення додаткових протонів з мітохондріального матриксу, збільшуючи PMF. Комплекс III активує додатковий комплекс під назвою Комплекс IV, який вивільняє ще більше протонів. Таким чином, деградація сукцинату до фумарату призводить до вигнання численних протонів з мітохондрії через два взаємодіючі білкові комплекси.
Кисень
•••Джастін Салліван / Getty Images News / Getty Images
Клітини використовують енергію завдяки низці повільних, контрольованих реакцій горіння. Такі молекули, як піруват і сукцинат, виділяють корисну енергію, коли вони згоряють у присутності кисню. Електрони, що перебувають у ETC, з часом передаються кисню, який відновлюється до води (H2O), поглинаючи в процесі чотири протони. Таким чином, кисень діє як кінцевий реципієнт електрона (це остання молекула, яка отримує електрони ETC), так і важливий реагент. ETC не може відбутися за відсутності кисню, тому зголоднені киснем клітини вдаються до вкрай неефективного анаеробного дихання.
ADP та Pi
Кінцевою метою ETC є отримання високоенергетичної молекули аденозинтрифосфату (АТФ) для каталізації біохімічних реакцій. Попередники АТФ, аденозиндифосфат (АДФ) та неорганічний фосфат (Пі) легко ввозяться в матрикс мітохондрій. Потрібна високоенергетична реакція, щоб зв’язати ADP і Pi разом, де і працює ФМП. Допускаючи протони назад до матриці, виробляється робоча енергія, що змушує утворювати АТФ з його попередників. Підраховано, що для утворення кожної молекули АТФ до матриці має надходити 3,5 водню.