Електронна транспортна верига и производство на енергия

В клетъчната биология електронна транспортна верига е една от стъпките в процесите на вашата клетка, които произвеждат енергия от храните, които ядете.

Това е третата стъпка на аеробиката клетъчно дишане. Клетъчното дишане е терминът за това как клетките на тялото ви произвеждат енергия от консумираната храна. Електронната транспортна верига е мястото, където повечето от енергийните клетки трябва да работят, се генерира. Тази "верига" всъщност е серия от протеин комплекси и молекули на носители на електрон във вътрешната мембрана на клетката митохондриите, известна още като електроцентрала на клетката.

Кислородът е необходим за аеробно дишане, тъй като веригата се прекратява с даряването на електрони на кислород.

Ключови заведения: Електронна транспортна верига

Докато електроните се движат по веригата, движението или импулсът се използват за създаване аденозин трифосфат (ATP). АТФ е основният източник на енергия за много клетъчни процеси, включително мускул свиване и клетъчно деление.

Енергията се отделя по време на клетъчния метаболизъм, когато е ATP хидролизиран. Това се случва, когато електроните се предават по протежение на веригата от протеинов комплекс до протеинов комплекс, докато не бъдат дарени за образуване на кислород вода. ATP химически се разлага до аденозин дифосфат (ADP) чрез взаимодействие с вода. ADP от своя страна се използва за синтезиране на ATP.

По-подробно, тъй като електроните се предават по верига от протеинов комплекс до протеинов комплекс, енергията е освободени и водородни йони (Н +) се изпомпват от митохондриалната матрица (отделение вътре във вътрешността мембрана) и в междумембранното пространство (отделение между вътрешната и външната мембрана). Цялата тази дейност създава както химичен градиент (разлика в концентрацията на разтвора), така и електрически градиент (разлика в заряда) по вътрешната мембрана. Тъй като повече Н + йони се изпомпват в междумембранното пространство, толкова по-висока концентрация на водородни атоми ще се изгради нагоре и поток обратно към матрицата, като едновременно захранва производството на ATP от протеиновия комплекс ATP синтаза.

АТФ синтазата използва енергията, генерирана от движението на Н + йони в матрицата за преобразуването на ADP в ATP. Този процес на окисляване на молекули за генериране на енергия за производството на АТФ се нарича окислителен фосфорилиране.

Първата стъпка на клетъчното дишане е гликолиза. Гликолизата се появява в цитоплазма и включва разделянето на една молекула глюкоза на две молекули на химичното съединение пируват. Като цяло се генерират две молекули ATP и две молекули на NADH (висока енергия, молекула, носеща електрон).

Втората стъпка, наречена the цикъл на лимонена киселина или цикъл на Кребс, е когато пируватът се транспортира през външната и вътрешната митохондриална мембрана в митохондриалната матрица. По-нататък пируватът се окислява в цикъла на Кребс, произвеждайки още две молекули от АТФ, както и NADH и FADH ₂ молекули. Електрони от NADH и FADH₂ се прехвърлят на третия етап на клетъчното дишане, електронно-транспортната верига.

Има четири протеинови комплекси които са част от електронната транспортна верига, която функционира за предаване на електрони по веригата. Пети протеинов комплекс служи за транспортиране на водород йони обратно в матрицата. Тези комплекси са вградени във вътрешната митохондриална мембрана.

NADH прехвърля два електрона в комплекс I, което води до четири H⁺ йони, които се изпомпват по вътрешната мембрана. NADH се окислява до NAD⁺, която се рециклира обратно в Цикъл на Кребс. Електроните се прехвърлят от комплекс I в молекула носител убихинон (Q), която се редуцира до убихинол (QH2). Убихинол пренася електроните в комплекс III.

FADH₂ прехвърля електрони към комплекс II и електроните се предават заедно с убихинон (Q). Q се редуцира до убихинол (QH2), който пренася електроните до комплекс III. Не З⁺ йони се транспортират в междумембранното пространство в този процес.

Преминаването на електрони към комплекс III задвижва транспорта на още четири H⁺ йони през вътрешната мембрана. QH2 се окислява и електроните се предават на друг протеин цитохром С. носител на електрон.

Цитохром С преминава електрони в крайния протеинов комплекс във веригата, комплекс IV. Две H⁺ йони се изпомпват по вътрешната мембрана. След това електроните се предават от комплекс IV в кислород (О₂) молекула, причинявайки разделянето на молекулата. Получените кислородни атоми бързо хващат Н⁺ йони, образуващи две молекули вода.

АТФ синтаза се движи Н⁺ йони, които се изпомпват от матрицата от електронната транспортна верига обратно в матрицата. Енергията от притока на протони в матрицата се използва за генериране на АТФ чрез фосфорилиране (добавяне на фосфат) на АДФ. Движението на йони през селективно пропускливата митохондриална мембрана и надолу по техния електрохимичен градиент се нарича химиосмоза.

NADH генерира повече ATP, отколкото FADH₂. За всяка NADH молекула, която се окислява, 10 H⁺ йони се изпомпват в междумембранното пространство. Това дава около три ATP молекули. Защото FADH₂ навлиза във веригата на по-късен етап (комплекс II), само шест H⁺ йони се прехвърлят в интермембранното пространство. Това представлява около две молекули на АТФ. Общо 32 молекули ATP се генерират при транспортиране на електрон и окислително фосфорилиране.

• "Електронният транспорт в енергийния цикъл на клетката." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Лодиш, Харви и др. "Транспорт на електрони и окислително фосфорилиране." Молекулярна клетъчна биология. 4-то издание., Национална медицинска библиотека на САЩ, 2000 г., www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.