Elektronien kuljetusketju ja energiantuotanto

Solubiologiassa elektronin kuljetusketju on yksi solusi prosessien vaiheista, jotka tuottavat energiaa syömistäsi ruuista.

Se on aerobisen toiminnan kolmas askel soluhengitys. Soluhengitys on termi, jolla kehon solut tuottavat energiaa kuluttamastaan ​​ruuasta. Suurin osa energiakennojen toiminnan tarvitsee syntyvä elektroninkuljetusketju. Tämä "ketju" on oikeastaan ​​sarja proteiini kompleksit ja elektronikantajamolekyylit solun sisämembraanissa mitokondriot, joka tunnetaan myös nimellä kennon voimala.

Happia tarvitaan aerobiseen hengitykseen, koska ketju päättyy elektronien luovuttamiseen happea varten.

Avaintyypit: elektronin kuljetusketju

Kun elektronit liikkuvat ketjua pitkin, liikettä tai vauhtia käytetään luomaan adenosiinitrifosfaatti (ATP). ATP on tärkein energialähde monille soluprosesseille, mukaan lukien lihas supistuminen ja solunjako.

Energia vapautuu solujen metabolian aikana, kun ATP on hydrolysoitu. Tämä tapahtuu, kun elektroneja johdetaan ketjua pitkin proteiinikompleksista proteiinikomplekseihin, kunnes ne luovutetaan happea muodostavalle vedelle. ATP hajoaa kemiallisesti adenosiinidifosfaatiksi (ADP) reagoidessaan veden kanssa. ADP: tä puolestaan ​​käytetään ATP: n syntetisointiin.

Yksityiskohtaisemmin, kun elektroneja siirretään ketjua pitkin proteiinikompleksista proteiinikomplekseihin, energia on vapautuvat ja vetyionit (H +) pumpataan ulos mitokondriaalimatriisista (osasto sisäosassa) kalvo) ja membraanien väliseen tilaan (osasto sisä- ja ulkokalvojen välille). Kaikki tämä aktiviteetti luo sekä kemiallisen gradientin (ero liuospitoisuuksissa) että sähköisen gradientin (varausero) sisäkalvon läpi. Kun lisää H + -ioneja pumpataan membraanien väliseen tilaan, sitä suurempi vetyatomipitoisuus rakentuu ylöspäin ja virtaa takaisin matriisiin, samalla tehostaen ATP: n tuotantoa proteiinikompleksin ATP avulla syntaasi.

ATP-syntaasi käyttää H + -ionien liikkeestä matriisiin tuotettua energiaa ADP: n muuntamiseksi ATP: ksi. Tätä molekyylien hapettamisprosessia energian tuottamiseksi ATP: n tuottamiseksi kutsutaan hapettavaksi fosforylaatio.

Ensimmäinen soluhengityksen vaihe on Glykolyysivaiheen. Glycolysis tapahtuu sytoplasma ja siihen sisältyy yhden glukoosimolekyylin jakaminen kemiallisen yhdisteen pyruvaatin kahdeksi molekyyliksi. Kaiken kaikkiaan syntyy kaksi ATP-molekyyliä ja kaksi NADH-molekyyliä (korkea energia, elektronia kantava molekyyli).

Toinen vaihe, nimeltään sitruunahapposykli tai Krebs-sykli, on silloin, kun pyruvaatti kuljetetaan ulomman ja sisemmän mitokondriaalisen kalvon läpi mitokondriaaliseen matriisiin. Pyruvaatti hapetetaan edelleen Krebs-syklissä tuottaen kaksi muuta ATP-molekyyliä sekä NADH ja FADH ₂ molekyylejä. Elektroneja NADH: sta ja FADH: sta₂ siirretään soluhengityksen kolmanteen vaiheeseen, elektronin kuljetusketjuun.

Niitä on neljä proteiinikompleksit jotka ovat osa elektronin kuljetusketjua, joka toimii siirtämällä elektroneja ketjussa. Viides proteiinikompleksi toimii vedyn kuljettamiseen ionit takaisin matriisiin. Nämä kompleksit upotetaan sisäiseen mitokondriaaliseen kalvoon.

NADH siirtää kaksi elektronia kompleksiin I johtaen neljään H: iin⁺ ioneja pumpataan sisäkalvon poikki. NADH hapetetaan NAD: ksi⁺, joka kierrätetään takaisin Krebs-sykli. Elektroneja siirretään kompleksista I kantajamolekyyliin ubikinoniin (Q), joka pelkistetään ubikinoliksi (QH2). Ubikinoli kuljettaa elektroneja kompleksiin III.

FADH₂ siirtää elektroneja kompleksiin II ja elektronit johdetaan ubikinoniin (Q). Q pelkistetään ubikinoliksi (QH2), joka kuljettaa elektronit kompleksiin III. Ei H⁺ ionit kuljetetaan membraanien väliseen tilaan tässä prosessissa.

Elektronien kulku kompleksiin III johtaa vielä neljän H kulkeutumisen⁺ ionit sisäkalvon läpi. QH2 hapetetaan ja elektronit siirretään toiseen elektronikantajaproteiinin sytokromi C: hen.

Sytokromi C kuljettaa elektroneja ketjun lopulliseen proteiinikompleksiin, kompleksi IV. Kaksi H⁺ ionit pumpataan sisäkalvon poikki. Sitten elektronit johdetaan kompleksista IV happea (O₂) molekyylin aiheuttaen molekyylin pilkkoutumisen. Tuloksena olevat happiatomit tarttuvat nopeasti H: hen⁺ ionit muodostaen kaksi vesimolekyyliä.

ATP-syntaasi siirtää H: tä⁺ ionit, jotka elektronin kuljetusketju pumputti ulos matriisista takaisin matriisiin. Energia, joka syntyy protoneja Matriisiin käytettyä ATP: n tuottamiseksi fosforyloimalla (lisäämällä fosfaattia) ADP. Ionien liikettä selektiivisesti läpäisevän mitokondriaalikalvon läpi ja niiden sähkökemiallisen gradientin alaspäin kutsutaan kemiosmoosiksi.

NADH tuottaa enemmän ATP: tä kuin FADH₂. Jokaista hapetettua NADH-molekyyliä kohti, 10 H⁺ ionit pumpataan membraanien väliseen tilaan. Tämä tuottaa noin kolme ATP-molekyyliä. Koska FADH₂ tulee ketjuun myöhemmässä vaiheessa (kompleksi II), vain kuusi H: ta⁺ ionit siirretään membraanien väliseen tilaan. Tämän osuus on noin kaksi ATP-molekyyliä. Elektronin kuljetuksessa ja oksidatiivisessa fosforyloinnissa syntyy yhteensä 32 ATP-molekyyliä.

• "Elektronien kuljetus solun energiakierrossa." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et ai. "Elektronikuljetus ja oksidatiivinen fosforylaatio." Molekyylisolubiologia. 4. painos., Yhdysvaltain kansallinen lääketieteellinen kirjasto, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.