Elektrónový dopravný reťazec a výroba energie

V bunkovej biológii je transportný reťazec elektrónov je jedným z krokov v bunkových procesoch, vďaka ktorým získavate energiu z potravín, ktoré jete.

Je to tretí krok aeróbneho bunkové dýchanie. Bunkové dýchanie je termín toho, ako bunky vášho tela získavajú energiu z potravy. Elektrónový dopravný reťazec je miestom, kde sa vytvára väčšina energetických buniek, ktoré musia fungovať. Tento "reťazec" je v skutočnosti séria proteín komplexy a molekuly elektrónového nosiča vo vnútornej membráne bunky mitochondrie, známy tiež ako powerhouse bunky.

Kyslík je potrebný na aeróbne dýchanie, pretože reťazec končí darovaním elektrónov kyslíku.

Kľúčové cesty: Elektrónový dopravný reťazec

Keď sa elektróny pohybujú pozdĺž reťazca, vytvára sa pohyb alebo hybnosť adenozíntrifosfát (ATP). ATP je hlavným zdrojom energie pre mnoho bunkových procesov vrátane sval kontrakcia a bunkové delenie.

Energia sa uvoľňuje počas bunkového metabolizmu, keď je ATP hydrolyzovaný. Toto sa stane, keď elektróny prechádzajú pozdĺž reťazca z proteínového komplexu na proteínový komplex, až kým nie sú darované vode tvoriacej kyslík. ATP sa chemicky rozkladá na adenozín difosfát (ADP) reakciou s vodou. ADP sa zase používa na syntézu ATP.

Podrobnejšie, ako elektróny prechádzajú po reťazci z proteínového komplexu na proteínový komplex, energia je Uvoľnené a vodíkové ióny (H +) sa čerpajú z mitochondriálnej matrice (kompartment vo vnútri membrána) a do intermembránového priestoru (priestor medzi vnútornou a vonkajšou membránou). Celá táto aktivita vytvára tak chemický gradient (rozdiel v koncentrácii roztoku), ako aj elektrický gradient (rozdiel v náboji) cez vnútornú membránu. Pretože sa do medzimembránového priestoru čerpá viac iónov H +, bude sa vytvárať vyššia koncentrácia atómov vodíka a stekajú späť do matrice a súčasne poháňajú produkciu ATP proteínovým komplexom ATP syntázy.

Syntéza ATP využíva energiu generovanú pohybom iónov H + do matrice na konverziu ADP na ATP. Tento proces oxidácie molekúl na generovanie energie na výrobu ATP sa nazýva oxidačný fosforylácie.

Prvým krokom bunkového dýchania je glykolýza. Glykolýza sa vyskytuje v cytoplazma a zahrnuje rozdelenie jednej molekuly glukózy na dve molekuly chemickej zlúčeniny pyruvát. Celkovo sa generujú dve molekuly ATP a dve molekuly NADH (vysoká energia, molekula prenášajúca elektróny).

Druhý krok s názvom cyklus kyseliny citrónovej alebo Krebsov cyklus, keď je pyruvát transportovaný cez vonkajšiu a vnútornú mitochondriálnu membránu do mitochondriálnej matrice. Pyruvát sa ďalej oxiduje v Krebsovom cykle za vzniku ďalších dvoch molekúl ATP, ako aj NADH a FADH ₂ molekuly. Elektróny od NADH a FADH₂ sa prenášajú do tretieho kroku bunkovej respirácie, transportného reťazca elektrónov.

Sú tu štyri proteínové komplexy ktoré sú súčasťou transportného reťazca elektrónov, ktorý slúži na prenos elektrónov v reťazci. Piaty proteínový komplex slúži na transport vodíka ióny späť do matrice. Tieto komplexy sú zabudované do vnútornej mitochondriálnej membrány.

NADH prenáša dva elektróny do komplexu I, výsledkom čoho sú štyri H⁺ ióny sú čerpané cez vnútornú membránu. NADH je oxidovaný na NAD⁺, ktorý sa recykluje späť do Krebsov cyklus. Elektróny sa prevádzajú z komplexu I na nosnú molekulu ubichinónu (Q), ktorý sa redukuje na ubichinol (QH2). Ubichinol prenáša elektróny do komplexu III.

FADH₂ transferuje elektróny do komplexu II a elektróny prechádzajú do ubichinónu (Q). Q sa redukuje na ubichinol (QH2), ktorý prenáša elektróny do komplexu III. Žiadne h⁺ V tomto procese sa ióny transportujú do medzimembránového priestoru.

Priechod elektrónov do komplexu III riadi transport ďalších štyroch H⁺ ióny cez vnútornú membránu. QH2 je oxidovaný a elektróny prechádzajú na ďalší proteínový proteín cytochrómu C.

Cytochróm C prechádza elektróny do konečného proteínového komplexu v reťazci, komplex IV. Dva H⁺ Ióny sa čerpajú cez vnútornú membránu. Elektróny sa potom vedú z komplexu IV do kyslíka (O₂), čo spôsobuje rozštiepenie molekuly. Výsledné atómy kyslíka rýchlo zachytia H⁺ ióny tvoria dve molekuly vody.

Syntéza ATP pohybuje H⁺ Ióny, ktoré boli čerpané z matrice pomocou elektrónového transportného reťazca späť do matrice. Energia z prílivu protóny Do matrice sa používa na generovanie ATP fosforyláciou (pridaním fosfátu) ADP. Pohyb iónov cez selektívne priepustnú mitochondriálnu membránu a dole po ich elektrochemickom gradiente sa nazýva chemiosmóza.

NADH generuje viac ATP ako FADH₂. Pre každú NADH molekulu, ktorá je oxidovaná, 10 H⁺ Ióny sa čerpajú do medzimembránového priestoru. Takto sa získajú asi tri molekuly ATP. Pretože FADH₂ vstupuje do reťazca v neskoršej fáze (komplex II), iba šesť H⁺ Ióny sa prenášajú do intermembránového priestoru. Toto predstavuje asi dve molekuly ATP. Pri transporte elektrónov a oxidačnej fosforylácii sa vytvára celkom 32 molekúl ATP.

• "Elektrónový transport v energetickom cykle bunky." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey a kol. "Elektrónový transport a oxidačná fosforylácia." Molecular Cell Biology. 4. vydanie., U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.