Elektronový dopravní řetězec a výroba energie

V buněčné biologii, elektronový transportní řetězec je jedním z kroků v buněčných procesech, které vytvářejí energii z potravin, které jíte.

Je to třetí krok aerobiku buněčné dýchání. Buněčné dýchání je termín pro to, jak buňky vašeho těla spotřebovávají energii z jídla. Řetězec přenosu elektronů je místem, kde je generována většina energetických buněk, které musí fungovat. Tento „řetěz“ je ve skutečnosti řadou protein komplexy a molekuly elektronového nosiče uvnitř vnitřní membrány buňky mitochondrie, také známý jako powerhouse buňky.

Kyslík je nutný pro aerobní dýchání, protože řetězec končí darováním elektronů kyslíku.

Klíčové cesty: Elektronový dopravní řetězec

Jak se elektrony pohybují podél řetězu, používá se k vytvoření pohybu nebo hybnosti adenosintrifosfát (ATP). ATP je hlavním zdrojem energie pro mnoho buněčných procesů včetně sval kontrakce a buněčné dělení.

Energie je uvolňována během buněčného metabolismu, když je ATP hydrolyzováno. K tomu dochází, když jsou elektrony vedeny řetězcem z proteinového komplexu do proteinového komplexu, dokud nejsou darovány vodě vytvářející kyslík. ATP se chemicky rozkládá na adenosin difosfát (ADP) reakcí s vodou. ADP se zase používá k syntéze ATP.

Podrobněji, jak elektrony procházejí řetězcem od proteinového komplexu k proteinovému komplexu, energie je Uvolněné a vodíkové ionty (H +) jsou čerpány z mitochondriální matrice (kompartment uvnitř vnitřního prostoru) membrána) a do intermembránového prostoru (prostor mezi vnitřní a vnější membránou). Celá tato aktivita vytváří jak vnitřní gradient, tak chemický gradient (rozdíl v koncentraci roztoku) a elektrický gradient (rozdíl v náboji). Protože více H + iontů je čerpáno do intermembránového prostoru, bude se vytvářet vyšší koncentrace atomů vodíku a proudit zpět do matrice současně pohánět produkci ATP proteinovým komplexem ATP syntáza.

Syntéza ATP využívá energii generovanou pohybem H + iontů do matrice pro konverzi ADP na ATP. Tento proces oxidujících molekul k výrobě energie pro výrobu ATP se nazývá oxidační fosforylace.

Prvním krokem buněčného dýchání je glykolýza. Glykolýza se vyskytuje v cytoplazma a zahrnuje rozdělení jedné molekuly glukózy na dvě molekuly chemické sloučeniny pyruvátu. Celkem se generují dvě molekuly ATP a dvě molekuly NADH (vysoká energie, molekula přenášející elektrony).

Druhý krok, nazvaný cyklus kyseliny citronové nebo Krebsův cyklus, je, když je pyruvát transportován přes vnější a vnitřní mitochondriální membrány do mitochondriální matrice. Pyruvát je dále oxidován v Krebsově cyklu a vytváří další dvě molekuly ATP, stejně jako NADH a FADH ₂ molekuly. Elektrony od NADH a FADH₂ jsou přeneseny do třetího kroku buněčného dýchání, řetězce transportu elektronů.

Jsou čtyři proteinové komplexy které jsou součástí řetězce transportu elektronů, které slouží k průchodu elektronů řetězcem. Pátý proteinový komplex slouží k transportu vodíku ionty zpět do matice. Tyto komplexy jsou zabudovány do vnitřní mitochondriální membrány.

NADH přenáší dva elektrony do komplexu I, což má za následek čtyři H⁺ ionty jsou čerpány přes vnitřní membránu. NADH je oxidován na NAD⁺, který je recyklován zpět do Krebsův cyklus. Elektrony jsou přeneseny z komplexu I na nosnou molekulu ubiquinonu (Q), která je redukována na ubiquinol (QH2). Ubiquinol přenáší elektrony do komplexu III.

FADH₂ převádí elektrony do komplexu II a elektrony jsou předávány do ubiquinonu (Q). Q je redukováno na ubiquinol (QH2), který přenáší elektrony do komplexu III. Ne H⁺ V tomto procesu jsou ionty transportovány do intermembránového prostoru.

Průchod elektronů do komplexu III řídí transport dalších čtyř H⁺ ionty přes vnitřní membránu. QH2 je oxidován a elektrony jsou předávány do jiného proteinu elektronového nosiče cytochromu C.

Cytochrom C předává elektrony do konečného proteinového komplexu v řetězci, komplex IV. Dva H⁺ ionty jsou čerpány přes vnitřní membránu. Elektrony jsou pak vedeny z komplexu IV do kyslíku (O₂) molekuly, což způsobí, že se molekula rozštěpí. Výsledné atomy kyslíku rychle uchopí H⁺ ionty tvoří dvě molekuly vody.

Syntéza ATP pohybuje H⁺ ionty, které byly čerpány z matrice elektronovým transportním řetězcem zpět do matrice. Energie z přílivu protony Do matrice se používá pro generování ATP fosforylací (přidání fosfátu) ADP. Pohyb iontů přes selektivně propustnou mitochondriální membránu a dolů po jejich elektrochemickém gradientu se nazývá chemiosmóza.

NADH generuje více ATP než FADH₂. Pro každou NADH molekulu, která je oxidována, 10 H⁺ ionty jsou čerpány do intermembránového prostoru. Tímto způsobem se získají asi tři molekuly ATP. Protože FADH₂ vstoupí do řetězce v pozdější fázi (komplex II), pouze šest H⁺ ionty jsou přeneseny do intermembránového prostoru. To představuje asi dvě molekuly ATP. Při transportu elektronů a oxidační fosforylaci je generováno celkem 32 molekul ATP.

• "Elektronová doprava v energetickém cyklu buňky." Hyperfyzika, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. "Elektronový transport a oxidační fosforylace." Molekulární buněčná biologie. 4. vydání., U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.