Vysvetlenie elektrónového transportného reťazca a výroby energie

Zistite viac o tom, ako bunky vyrábajú energiu

Elektrónový transportný reťazec a oxidačná fosforylácia. OpenStax College/Wikimedia Commons

V bunkovej biológii, elektrónový transportný reťazec je jedným z krokov v procesoch vašej bunky, ktoré vyrábajú energiu z potravín, ktoré jete.

Je to tretí krok aerobiku bunkové dýchanie . Bunkové dýchanie je termín pre to, ako bunky vášho tela vyrábajú energiu z konzumovaného jedla. Elektrónový transportný reťazec je miestom, kde sa generuje väčšina energetických článkov, ktoré musia fungovať. Tento „reťazec“ je vlastne séria bielkoviny komplexy a molekuly nosiča elektrónov vo vnútornej membráne bunky mitochondrie , tiež známy ako elektráreň bunky.

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

Kľúčové poznatky: Elektrónový transportný reťazec

• Elektrónový transportný reťazec je séria proteínových komplexov a molekúl nosičov elektrónov vo vnútornej membráne mitochondrie ktoré generujú ATP na energiu.
• Elektróny prechádzajú pozdĺž reťazca z proteínového komplexu do proteínového komplexu, kým nie sú darované kyslíku. Počas prechodu elektrónov sa protóny odčerpávajú z mitochondriálna matrica cez vnútornú membránu a do medzimembránového priestoru.
• Akumulácia protónov v medzimembránovom priestore vytvára elektrochemický gradient, ktorý spôsobuje, že protóny prúdia po gradiente a späť do matrice prostredníctvom ATP syntázy. Tento pohyb protónov poskytuje energiu na produkciu ATP.
• Elektrónový transportný reťazec je tretím krokom aeróbne bunkové dýchanie . Glykolýza a Krebsov cyklus sú prvé dva kroky bunkového dýchania.

Ako sa vyrába energia

Keď sa elektróny pohybujú pozdĺž reťazca, pohyb alebo hybnosť sa používa na vytvorenie adenozíntrifosfát (ATP) . ATP je hlavným zdrojom energie pre mnohé bunkové procesy vrátane sval kontrakcie a bunkové delenie .

Adenozíntrifosfát (ATP) je organická chemikália, ktorá dodáva bunke energiu. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Energia sa uvoľňuje počas bunkového metabolizmu, keď je ATP hydrolyzovaný . K tomu dochádza, keď elektróny prechádzajú pozdĺž reťazca z proteínového komplexu do proteínového komplexu, kým nie sú darované vode tvoriacej kyslík. ATP sa reakciou s vodou chemicky rozkladá na adenozíndifosfát (ADP). ADP sa zase používa na syntézu ATP.

Podrobnejšie, ako elektróny prechádzajú pozdĺž reťazca z proteínového komplexu do proteínového komplexu, energia sa uvoľňuje a vodíkové ióny (H+) sú čerpané z mitochondriálnej matrice (priehradka vo vnútri membrána ) a do medzimembránového priestoru (priehradka medzi vnútornou a vonkajšou membránou). Celá táto aktivita vytvára ako chemický gradient (rozdiel v koncentrácii roztoku), tak aj elektrický gradient (rozdiel v náboji) cez vnútornú membránu. Keď sa do medzimembránového priestoru napumpuje viac iónov H+, nahromadí sa vyššia koncentrácia atómov vodíka a prúdi späť do matrice a súčasne poháňa produkciu ATP proteínovým komplexom ATP syntázy.

ATP syntáza využíva energiu generovanú pohybom iónov H+ do matrice na premenu ADP na ATP. Tento proces oxidácie molekúl na výrobu energie na výrobu ATP sa nazýva oxidačný fosforylácia .

Prvé kroky bunkového dýchania

Bunkové dýchanie je súbor metabolických reakcií a procesov, ktoré prebiehajú v bunkách organizmov s cieľom premeniť biochemickú energiu zo živín na adenozíntrifosfát (ATP) a následne uvoľniť odpadové produkty. normalaals / iStock / Getty Images Plus

Prvým krokom bunkového dýchania je glykolýza . Glykolýza sa vyskytuje v cytoplazme a zahŕňa štiepenie jednej molekuly glukózy na dve molekuly chemickej zlúčeniny pyruvátu. Celkovo sa vygenerujú dve molekuly ATP a dve molekuly NADH (vysokoenergetická molekula nesúca elektróny).

Druhý krok, tzv 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 dvoch ďalších molekúl ATP, ako aj NADH a FADH_dvamolekuly. Elektróny z NADH a FADH_dvasa prenesú do tretieho kroku bunkového dýchania, elektrónového transportného reťazca.

Proteínové komplexy v reťazci

Sú tu štyri proteínové komplexy ktoré sú súčasťou elektrónového transportného reťazca, ktorý funguje na prechod elektrónov nadol reťazcom. Piaty proteínový komplex slúži na transport vodíka ióny späť do matrice. Tieto komplexy sú vložené do vnútornej mitochondriálnej membrány.

Ilustrácia elektrónového transportného reťazca s oxidačnou fosforyláciou. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Komplex I

NADH prenáša dva elektróny do komplexu I, čo vedie k štyrom H⁺ióny sú čerpané cez vnútornú membránu. NADH sa oxiduje na NAD⁺, ktorý sa recykluje späť do Krebsov cyklus . Elektróny sú prenesené z komplexu I na nosnú molekulu ubichinón (Q), ktorá sa redukuje na ubichinol (QH2). Ubiquinol prenáša elektróny do komplexu III.

Komplex II

FADH_dvaprenáša elektróny do komplexu II a elektróny prechádzajú na ubichinón (Q). Q sa redukuje na ubichinol (QH2), ktorý prenáša elektróny do komplexu III. Žiadne h⁺ióny sú pri tomto procese transportované do medzimembránového priestoru.

Komplex III

Prechod elektrónov do komplexu III poháňa transport ďalších štyroch H⁺ióny cez vnútornú membránu. QH2 sa oxiduje a elektróny prechádzajú na ďalší elektrónový nosič cytochrómu C.

Komplex IV

Cytochróm C odovzdáva elektróny konečnému proteínovému komplexu v reťazci, komplexu IV. Dvaja H⁺ióny sú čerpané cez vnútornú membránu. Elektróny potom prechádzajú z komplexu IV do kyslíka (O_dva) molekula, čo spôsobí štiepenie molekuly. Výsledné atómy kyslíka rýchlo zachytávajú H⁺ióny za vzniku dvoch molekúl vody.

ATP syntáza

ATP syntáza presúva H⁺ióny, ktoré boli odčerpané z matrice elektrónovým transportným reťazcom späť do matrice. Energia z prílevu protóny do matrice sa používa na generovanie ATP fosforyláciou (pridanie fosfátu) ADP. Pohyb iónov cez selektívne permeabilnú mitochondriálnu membránu a dole po ich elektrochemickom gradiente sa nazýva chemiosmóza.

NADH generuje viac ATP ako FADH_dva. Na každú molekulu NADH, ktorá je oxidovaná, 10 H⁺ióny sú čerpané do medzimembránového priestoru. Takto sa získajú asi tri molekuly ATP. Pretože FADH_dvavstupuje do reťazca v neskoršom štádiu (komplex II), iba šesť H⁺ióny sa prenášajú do medzimembránového priestoru. To predstavuje asi dve molekuly ATP. Pri transporte elektrónov a oxidatívnej fosforylácii vzniká celkovo 32 molekúl ATP.

Zdroje

• 'Prenos elektrónov v energetickom cykle bunky.' HyperFyzika , hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey a kol. 'Elektrónový transport a oxidačná fosforylácia.' Molekulárna bunková biológia. 4. vydanie. , U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.