Inden for cellulær biologi elektrontransportkæde er et af trinnene i din celles processer, der producerer energi fra de fødevarer, du spiser.
Det er det tredje trin i aerobic cellulær respiration. Cellulær åndedræt er betegnelsen for, hvordan din krops celler producerer energi fra forbrugt mad. Elektrontransportkæden er, hvor de fleste af energicellerne, der har brug for at fungere, genereres. Denne "kæde" er faktisk en serie af protein komplekser og elektronbærermolekyler i cellens indre membran mitokondrier, også kendt som celleens kraftcenter.
Oxygen er påkrævet til aerob respiration, da kæden slutter med donation af elektroner til ilt.
Key takeaways: Electron Transport Chain
- Elektrontransportkæden er en serie proteinkomplekser og elektronbærermolekyler inden for den indre membran mitokondrier der genererer ATP til energi.
- Elektroner føres langs kæden fra proteinkompleks til proteinkompleks, indtil de doneres til ilt. Under passage af elektroner pumpes protoner ud af mitochondrial matrix over den indre membran og ind i intermembranrummet.
- Akkumulering af protoner i intermembranrummet skaber en elektrokemisk gradient, der får protoner til at strømme nedover gradienten og tilbage ind i matrixen gennem ATP-syntase. Denne bevægelse af protoner leverer energi til produktion af ATP.
- Elektrontransportkæden er det tredje trin i aerob cellulær respiration. Glykolyse og Krebs-cyklus er de første to trin i cellulær respiration.
Sådan produceres energi
Når elektroner bevæger sig langs en kæde, bruges bevægelsen eller momentumet til at skabe adenosintriphosphat (ATP). ATP er den vigtigste energikilde til mange cellulære processer inklusive muskel sammentrækning og celledeling.
Energi frigives under cellemetabolismen, når ATP er hydrolyseret. Dette sker, når elektroner føres langs kæden fra proteinkompleks til proteinkompleks, indtil de doneres til iltdannende vand. ATP nedbrydes kemisk til adenosindiphosphat (ADP) ved reaktion med vand. ADP bruges igen til at syntetisere ATP.
Mere detaljeret, når elektroner føres langs en kæde fra proteinkompleks til proteinkompleks, er energi frigives og brintioner (H +) pumpes ud af mitokondriell matrix (rum indeni det indre membran) og ind i intermembranrummet (rum mellem den indre og ydre membran). Al denne aktivitet skaber både en kemisk gradient (forskel i opløsningskoncentration) og en elektrisk gradient (forskel i ladning) over den indre membran. Efterhånden som flere H + -ioner pumpes ind i intermembranrummet, bygger den højere koncentration af hydrogenatomer op og strømme tilbage til matrixen, der samtidig driver produktionen af ATP af proteinkomplekset ATP syntase.
ATP-syntase bruger den energi, der genereres fra bevægelsen af H + -ioner i matrixen til konvertering af ADP til ATP. Denne proces med at oxidere molekyler til generering af energi til produktion af ATP kaldes oxidativ fosforylering.
De første trin i cellulær respiration
Det første trin i cellulær respiration er glykolyse. Glykolyse forekommer i cytoplasma og involverer opdeling af et molekyle glukose i to molekyler af den kemiske forbindelse pyruvat. I alt genereres to molekyler af ATP og to molekyler af NADH (højenergi, elektronbærende molekyle).
Det andet trin, kaldet citronsyrecyklus eller Krebs-cyklus, er når pyruvat transporteres over de ydre og indre mitokondrielle membraner ind i mitochondrial matrix. Pyruvat oxideres yderligere i Krebs-cyklussen og producerer yderligere to molekyler af ATP såvel som NADH og FADH 2 molekyler. Elektroner fra NADH og FADH2 overføres til det tredje trin i cellulær respiration, elektrontransportkæden.
Proteinkomplekser i kæden
Der er fire proteinkomplekser der er en del af elektrontransportkæden, der fungerer til at føre elektroner ned ad kæden. Et femte proteinkompleks tjener til at transportere brint ioner tilbage i matrixen. Disse komplekser er indlejret i den indre mitokondrielle membran.
Kompleks I
NADH overfører to elektroner til kompleks I, hvilket resulterer i fire H+ ioner, der pumpes over den indre membran. NADH oxideres til NAD+, der genanvendes tilbage til Krebs cyklus. Elektroner overføres fra kompleks I til et bærermolekyle ubiquinon (Q), som er reduceret til ubiquinol (QH2). Ubiquinol fører elektronerne til kompleks III.
Kompleks II
FADH2 overfører elektroner til kompleks II, og elektronerne føres videre til ubiquinon (Q). Q reduceres til ubiquinol (QH2), der fører elektronerne til kompleks III. Nej H+ ioner transporteres til intermembranrummet i denne proces.
Kompleks III
Overførslen af elektroner til kompleks III driver transporten af fire mere H+ ioner over den indre membran. QH2 oxideres, og elektroner overføres til et andet elektronbæreproteincytokrom C.
Kompleks IV
Cytochrome C overfører elektroner til det endelige proteinkompleks i kæden, kompleks IV. To H+ ioner pumpes over den indre membran. Elektronerne føres derefter fra kompleks IV til et ilt (O2) molekyle, hvilket får molekylet til at splitte. De resulterende oxygenatomer griber hurtigt H+ ioner til dannelse af to molekyler af vand.
ATP Synthase
ATP-syntase bevæger H+ ioner, der blev pumpet ud af matrixen af elektrontransportkæden tilbage i matrixen. Energien fra tilstrømningen af protoner ind i matrixen bruges til at generere ATP ved phosphorylering (tilsætning af et phosphat) af ADP. Bevægelsen af ioner over den selektivt permeable mitokondrielle membran og ned ad deres elektrokemiske gradient kaldes kemiosmose.
NADH genererer mere ATP end FADH2. For hvert NADH-molekyle, der oxideres, 10 H+ ioner pumpes ind i intermembranrummet. Dette giver ca. tre ATP-molekyler. Fordi FADH2 kommer ind i kæden på et senere tidspunkt (Kompleks II), kun seks H+ ioner overføres til intermembranrummet. Dette tegner sig for cirka to ATP-molekyler. I alt 32 ATP-molekyler genereres i elektrontransport og oxidativ phosphorylering.
Kilder
- "Elektrontransport i energicyklussen i cellen." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
- Lodish, Harvey et al. "Elektrontransport og oxidativ fosforylering." Molekylær cellebiologi. 4. udgave., U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.