Elektronide transpordiahel ja energia tootmine

Rakubioloogias on elektronide transpordiahel on üks etapp teie raku protsessides, mille käigus saadakse energiat toitudest, mida sööte.

See on aeroobse tegevuse kolmas samm rakuhingamine. Rakuline hingamine on termin, kuidas teie keha rakud tarbitavast toidust energiat annavad. Enamik energiarakkudest, mis peavad töötama, tekitatakse elektronide transpordiahel. See "kett" on tegelikult seeria valk raku sisemembraanis olevad kompleksid ja elektronkandjate molekulid mitokondrid, tuntud ka kui raku elektrijaam.

Aeroobseks hingamiseks on vaja hapnikku, kuna ahel lõpeb elektronide annetamisega hapnikule.

Peamised võtmed: elektronide transpordiahel

Kuna elektronid liiguvad mööda ahelat, kasutatakse liikumiseks liikumist või hoogu adenosiintrifosfaat (ATP). ATP on peamiseks energiaallikaks paljudes rakuprotsessides, sealhulgas lihased kokkutõmbumine ja raku pooldumine.

Energia vabaneb rakkude metabolismi ajal, kui ATP on hüdrolüüsitud. See juhtub siis, kui elektronid juhitakse mööda ahelat valgukompleksist valgukompleksi, kuni nad annetatakse hapnikku moodustavaks veeks. ATP laguneb veega reageerides keemiliselt adenosiindifosfaadiks (ADP). ADP-d kasutatakse omakorda ATP sünteesimiseks.

Üksikasjalikumalt, kuna elektronid viiakse mööda ahelat valgukompleksist valgukompleksini, siis on energiat vabastatud ja vesinikioonid (H +) pumbatakse välja mitokondriaalsest maatriksist (sisemises osas) membraan) ja membraanidevahelisse ruumi (sektsioon sisemise ja välimise membraani vahel). Kogu see tegevus loob nii sisemise membraani keemilise gradiendi (lahuse kontsentratsiooni erinevus) kui ka elektrilise gradiendi (laengu erinevus). Kuna rohkem H + ioone pumbatakse membraanidevahelisse ruumi, suureneb vesinikuaatomite suurem kontsentratsioon üles ja voolab tagasi maatriksisse, saades samal ajal ATP tootmise valgukompleksi ATP abil süntaas.

ATP süntaas kasutab ADP muundamiseks ATP-ks H + -ioonide maatriksisse liikumisel tekkinud energiat. Seda molekulide oksüdeerimise protsessi ATP tootmiseks energia saamiseks nimetatakse oksüdatiivseks fosforüülimine.

Rakulise hingamise esimene samm on glükolüüs. Glükolüüs toimub tsütoplasma ja see hõlmab ühe glükoosimolekuli jagamist keemilise ühendi püruvaadi kaheks molekuliks. Kokku genereeritakse kaks ATP molekuli ja kaks NADH molekuli (suure energiaga, elektrit kandev molekul).

Teine samm, mida nimetatakse sidrunhappe tsükkel või Krebsi tsükkel, kui püruvaat transporditakse läbi välimise ja sisemise mitokondriaalse membraani mitokondrite maatriksisse. Püruvaat oksüdeeritakse Krebsi tsüklis veelgi, saades veel kaks ATP molekuli, samuti NADH ja FADH ₂ molekulid. NADH ja FADH elektronid₂ viiakse üle rakuhingamise kolmandasse etappi, elektronide transpordiahelasse.

Seal on neli valgukompleksid mis on osa elektronide transpordiahelast, mis toimib elektronide edastamiseks ahelast allapoole. Viies valgukompleks on vesiniku transportimiseks ioonid tagasi maatriksisse. Need kompleksid on põimitud sisemisse mitokondriaalsesse membraani.

NADH kannab kaks elektroni kompleksi I, mille tulemuseks on neli H⁺ ioonid pumbatakse läbi sisemise membraani. NADH oksüdeeritakse NAD-ks⁺, mis taaskasutatakse Krebsi tsükkel. Elektronid kantakse kompleksist I kandemolekuli ubikinooni (Q), mis redutseeritakse ubikinooliks (QH2). Ubikinool viib elektronid kompleksi III.

VABAD₂ siirdab elektronid kompleksi II ja elektronid juhitakse mööda ubikinooni (Q). Q taandatakse ubikinooliks (QH2), mis viib elektronid kompleksi III. Ei H⁺ ioonid transporditakse selles protsessis membraanidevahelisse ruumi.

Elektronide läbimine III kompleksi viib veel nelja H transpordi⁺ ioonid üle sisemise membraani. QH2 oksüdeeritakse ja elektronid viiakse teise elektronkandja valgu tsütokroom C-sse.

Tsütokroom C suunab elektronid ahela lõplikku valgukompleksi, kompleksi IV. Kaks H⁺ ioonid pumbatakse üle sisemise membraani. Seejärel juhitakse elektronid kompleksist IV hapnikku (O₂) molekul, põhjustades molekuli lõhenemise. Saadud hapnikuaatomid haaravad kiiresti H⁺ ioonid, moodustades kaks molekuli vett.

ATP süntaas liigutab H⁺ ioonid, mis pandi maatriksist välja elektronide transpordiahela kaudu maatriksisse. Energia sissevoolust prootonid Maatriksisse sisenemist kasutatakse ATP genereerimiseks ADP fosforüülimisel (fosfaadi lisamisel). Ioonide liikumist läbi valikuliselt läbilaskva mitokondriaalse membraani ja alla nende elektrokeemilise gradiendi nimetatakse kemioosmoosiks.

NADH loob rohkem ATP-d kui FADH₂. Iga oksüdeerunud NADH molekuli kohta 10 H⁺ ioonid pumbatakse membraanidevahelisse ruumi. See annab umbes kolm ATP molekuli. Sest FADH₂ siseneb ahelasse hiljem (II kompleks), ainult kuus H⁺ ioonid kantakse membraanidevahelisse ruumi. See moodustab umbes kaks ATP molekuli. Elektrontranspordi ja oksüdatiivse fosforüülimise käigus tekib kokku 32 ATP molekuli.

• "Elektroni transport raku energiatsüklis." Hüperfüüsika, hüperfüüsika.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey jt. "Elektronide transport ja oksüdatiivne fosforüülimine." Molekulaarrakkude bioloogia. 4. väljaanne., USA Riiklik Meditsiiniraamatukogu, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.