Elektronszállító lánc és energiatermelés

A sejtbiológiában a elektronszállító lánc az egyik olyan lépés a sejtfolyamataiban, amelyek energiát termelnek az ételekből.

Ez az aerobic harmadik lépése sejtlégzés. A sejtes légzés azt jelenti, hogy a test sejtjei hogyan termelnek energiát az elfogyasztott ételekből. Az elektronszállító lánc generálja az energiacellák többségének működését. Ez a "lánc" valójában egy sorozat fehérje komplexek és elektronhordozó molekulák a sejt belső membránjában mitokondriumok, más néven a cella erőműve.

Oxigénre van szükség az aerob légzéshez, mivel a lánc az elektronok adományozásával ér véget.

Kulcsfontosságú elvihetőség: elektronszállító lánc

Amint az elektronok egy lánc mentén mozognak, a mozgást vagy a lendületet használják a létrehozáshoz adenozin-trifoszfát (ATP). Az ATP számos sejtes folyamat fő energiaforrása, ideértve a izom összehúzódás és sejtosztódás.

Az energia felszabadul a sejtek anyagcseréje során, amikor ATP van hidrolizált. Ez akkor fordul elő, amikor az elektronokat a lánc mentén továbbítják a fehérjekomplexről a fehérjekomplexre, amíg el nem adják az oxigént képező víznek. Az ATP kémiailag bomlik adenozin-difoszfáttá (ADP), vízzel reagálva. Az ADP-t viszont az ATP szintézisére használják.

Részletesebben, mivel az elektronok a fehérjekomplexről a proteinkomplexre egy lánc mentén haladnak, az energia az A hidrogénionok (H +) kiszivárognak a mitokondriális mátrixból (a belső térben található rekesz) membrán) és a membránközi térbe (rekesz a belső és a külső membránok között). Mindez a tevékenység mind a belső membránon kémiai gradienst (különbség az oldat koncentrációjában), mind elektromos gradienst (töltési különbséget) hoz létre. Minél több H + -iont pumpálnak a membránközi térbe, annál nagyobb a hidrogénatomok koncentrációja felfelé és visszafolyik a mátrixba, és ezzel egyidejűleg táplálja az ATP termelését az ATP protein komplex által szintáz.

Az ATP szintáz felhasználja a H + -ionoknak a mátrixba való mozgatásából származó energiát az ADP ATP-vé történő átalakításához. A molekulák oxidációs folyamatát, amely energiát generál az ATP előállításához, oxidáló hatásúnak nevezzük foszforiláció.

A celluláris légzés első lépése glikolízis. A glikolízis a citoplazma és magában foglalja egy glükóz-molekula elosztását a piruvát kémiai vegyület két molekulájává. Mindent összevetve, az ATP két molekuláját és a NADH két molekuláját (nagy energiájú, elektronot hordozó molekula) generálják.

A második lépés, a citromsav ciklus vagy Krebs-ciklus, amikor a piruvát a külső és belső mitokondriális membránokon átjut a mitokondriális mátrixba. A piruvát tovább oxidálódik a Krebsi ciklusban, és két további ATP molekulát termel, valamint NADH-t és FADH-t. ₂ molekulákat. A NADH és a FADH elektronjai₂ átkerülnek a sejtek légzésének harmadik lépésébe, az elektronszállító láncba.

Van négy fehérjekomplexek amelyek olyan elektronszállító lánc részei, amely az elektronok továbbadására szolgál a láncon keresztül. Az ötödik fehérjekomplex a hidrogén szállítására szolgál ionok vissza a mátrixba. Ezek a komplexek be vannak ágyazva a belső mitokondriális membránba.

A NADH két elektronot továbbít az I. komplexhez, így négy H-t kap⁺ az ionokat a belső membránon szivattyúzzák. A NADH-t NAD-ig oxidálják⁺, amelyet újrahasznosítanak a Krebs-ciklus. Az elektronok az I. komplexből egy hordozó molekulába, az ubiquinone-ba (Q) kerülnek, amelyet redukáltak ubiquinol-ra (QH2). Az ubiquinol az elektronokat a III. Komplexbe viszi.

FADH₂ az elektronokat a II. komplexbe továbbítja, és az elektronokat az ubiquinonhoz vezetik (Q). A Q ubiquinol-ra (QH2) redukálódik, amely az elektronokat a III komplexbe viszi. Nincs h⁺ Ebben az eljárásban az ionokat a membránközi térbe szállítják.

Az elektronok áthaladása a III komplexhez további négy H szállítását eredményezi⁺ ionok a belső membránon. A QH2 oxidálódik, és az elektronokat egy másik elektronhordozó fehérje citokróm C-hez továbbítják.

A citokróm C továbbítja az elektronokat a lánc végső protein komplexéhez, a IV komplexhez. Két H⁺ az ionokat a belső membránon szivattyúzzák. Az elektronokat ezután a IV komplexből egy oxigénhez (O₂) molekula, ami a molekula hasadását okozza. A kapott oxigénatomok gyorsan megragadják a H-t⁺ ionok két vízmolekulát képeznek.

Az ATP szintáz mozgatja a H-t⁺ azon ionok, amelyeket az elektronszállító lánc a mátrixból kiszivattyúzott a mátrixba. A beáramló energia protonok A mátrixba jutó ATP-t az ADP foszforilezésével (foszfát hozzáadásával) állítják elő. Az ionok mozgását a szelektíven áteresztő mitokondriális membránon és az elektrokémiai gradiens lefelé chemiosmosis-nak nevezzük.

A NADH több ATP-t generál, mint a FADH₂. Minden oxidált NADH molekulánál 10H⁺ az ionokat a membránközi térbe pumpálják. Ez körülbelül három ATP molekulát eredményez. Mert FADH₂ később lép be a láncba (II. komplex), csak hat H⁺ az ionok átkerülnek a membránközi térbe. Ez körülbelül két ATP molekulát jelent. Összesen 32 ATP molekula keletkezik elektronszállításban és oxidatív foszforilációban.

• "Elektronszállítás a cella energiaciklusában." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey és mtsai. "Elektronszállítás és oxidációs foszforiláció." Molekuláris sejtbiológia. 4. kiadás., Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Orvostudományi Könyvtára, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.