Elektrontransportkedjedefinition

elektrontransportkedjan är ett kluster av proteiner som överför elektroner genom ett membran inom mitokondrier för att bilda en gradient av protoner som driver skapandet av adenosintrifosfat (ATP). ATP används av cellen som energi för metaboliska processer för cellulära funktioner.

var uppstår elektrontransportkedjan?

under processen skapas en protongradient när protonerna pumpas från mitokondriell matris till cellens intermembranutrymme, vilket också hjälper till att driva ATP-produktion. Ofta kallas användningen av en protongradient som den kemiosmotiska mekanismen som driver ATP-syntes eftersom den bygger på en högre koncentration av protoner för att generera ”protonmotivkraft”. Mängden ATP som skapas är direkt proportionell mot antalet protoner som pumpas över det inre mitokondriella membranet.

elektrontransportkedjan involverar en serie redoxreaktioner som förlitar sig på proteinkomplex för att överföra elektroner från en givarmolekyl till en acceptormolekyl. Som ett resultat av dessa reaktioner produceras protongradienten, vilket möjliggör mekaniskt arbete att omvandlas till kemisk energi, vilket möjliggör ATP-syntes. Komplexen är inbäddade i det inre mitokondriella membranet som kallas cristae i eukaryoter. Innesluten av det inre mitokondriella membranet är matrisen, som vid behov är enzymer såsom pyruvatdehydrogenas och pyruvatkarboxylas belägna. Processen kan också hittas i fotosyntetiska eukaryoter i tylakoidmembranet av kloroplaster och i prokaryoter, men med modifieringar.

biprodukter från andra cykler och processer, som citronsyracykeln, aminosyraoxidation och fettsyraoxidation, används i elektrontransportkedjan. Som det ses i den totala redoxreaktionen frigörs

2 H+ + 2 e+ + cu O2 H2O + energi

energi i en exoterm reaktion när elektroner passerar genom komplexen; tre molekyler av ATP skapas. Fosfat som finns i matrisen importeras via protongradienten, som används för att skapa mer ATP. Processen att generera mer ATP via fosforylering av ADP hänvisas till oxidativ fosforylering eftersom energin från vätesyrebildning används i hela elektrontransportkedjan. ATP som genereras från denna reaktion fortsätter att driva de flesta cellulära reaktioner som är nödvändiga för livet.

steg i elektrontransportkedjan

i elektronöverföringskedjan rör sig elektroner längs en serie proteiner för att generera en utvisningsstyrka för att flytta vätejoner eller protoner över mitokondriella membranet. Elektronerna börjar sina reaktioner i komplex i, fortsätter på komplex II, korsas till komplex III och cytokrom c via koenzym Q och slutligen till komplex IV. Komplexen själva är komplexa strukturerade proteiner inbäddade i fosfolipidmembranet. De kombineras med en metalljon, såsom järn, för att hjälpa till med protonutvisning i intermembranutrymmet såväl som andra funktioner. Komplexen genomgår också konformationella förändringar för att möjliggöra öppningar för protons transmembranrörelse.

dessa fyra komplex överför aktivt elektroner från en organisk metabolit, såsom glukos. När metaboliten bryts ner frigörs två elektroner och en vätejon och plockas sedan upp av koenzymet NAD+ för att bli NADH, vilket frigör en vätejon i cytosolen.NADH har nu två elektroner som passerar dem på en mer mobil molekyl, ubiquinon (Q), i det första proteinkomplexet (komplex i). Komplex i, även känd som NADH-dehydrogenas, pumpar fyra vätejoner från matrisen in i intermembranutrymmet och etablerar protongradienten. I nästa protein, komplex II eller succinatdehydrogenas, en annan elektronbärare och koenzym, oxideras succinat till fumarat, vilket gör att FAD (flavin-adenindinukleotid) reduceras till FADH2. Transportmolekylen, FADH2, reoxideras sedan och donerar elektroner till Q (blir QH2), medan man frigör en annan vätejon i cytosolen. Medan komplex II inte direkt bidrar till protongradienten, fungerar den som en annan källa för elektroner.

komplex III, eller cytokrom C-reduktas, är där Q-cykeln äger rum. Det finns en interaktion mellan Q och cytokromer, som är molekyler som består av järn, för att fortsätta överföringen av elektroner. Under Q-cykeln donerar ubiquinol (QH2) som tidigare producerats elektroner till ISP och cytokrom b blir ubiquinon. ISP och cytokrom b är proteiner som finns i matrisen som sedan överför elektronen som den mottog från ubiquinol till cytokrom c1. Cytokrom c1 överför sedan den till cytokrom c, som flyttar elektronerna till det sista komplexet. (Obs: till skillnad från ubiquinon (Q) kan Cytokrom c bara bära en elektron åt gången). Ubiquinon reduceras sedan igen till QH2 och startar om cykeln. I processen frigörs en annan vätejon i cytosolen för att ytterligare skapa protongradienten.

cytokromerna sträcker sig sedan in i komplex IV eller cytokrom C-oxidas. Elektroner överförs en i taget till komplexet från cytokrom c. elektronerna, förutom väte och syre, reagerar sedan för att bilda vatten i en irreversibel reaktion. Detta är det sista komplexet som translokerar fyra protoner över membranet för att skapa protongradienten som utvecklar ATP i slutet.

När protongradienten är etablerad genererar F1F0 ATP-syntas, ibland kallad komplex V, ATP. Komplexet består av flera underenheter som binder till protoner som släppts i tidigare reaktioner. När proteinet roterar bringas protoner tillbaka i mitokondriell matris, vilket gör att ADP kan binda till fritt fosfat för att producera ATP. För varje full tur av proteinet produceras tre ATP, som avslutar elektrontransportkedjan.

frågesport

1. Komplex IV, även känd som cytokromoxidas, utför vilken reaktion?
A. NADH + Q-nad + + QH2
B. NADH-nad + + 2H + + 2e-
C. 2 H + + 2 e + +– + O2-energi
D. 4 H + + 4 e – + O2-2 H2o

2. Vilken komponent skickas till det första komplexet i elektrontransportkedjan?
A. NADH + H+
B. FADH+
C. Q
D. Cytokrom c

3. Var är den högre koncentrationen av protoner medan elektrontransportkedjan aktiveras?
A. Fosfolipidskikt
B. mitokondriell matris
C. Intermembranutrymme
D. cellmembran