Elektronu transporta ķēde un enerģijas ražošana

Šūnu bioloģijā elektronu transportēšanas ķēde ir viens no soļiem jūsu šūnas procesos, kas ražo enerģiju no ēdieniem, kurus ēdat.

Tas ir trešais aerobikas solis šūnu elpošana. Šūnu elpošana ir termins, kā jūsu ķermeņa šūnas iegūst enerģiju no patērētās pārtikas. Elektronu transportēšanas ķēde ir tāda, kurā tiek ģenerēta lielākā daļa enerģijas šūnu, kurām jādarbojas. Šī "ķēde" faktiski ir virkne olbaltumvielas kompleksi un elektronu nesēju molekulas šūnas iekšējā membrānā mitohondriji, kas pazīstams arī kā šūnas spēkstacija.

Skābeklis ir nepieciešams aerobai elpošanai, jo ķēde beidzas ar elektronu ziedošanu skābeklim.

Galvenās izņemtās preces: elektronu transporta ķēde

Tā kā elektroni pārvietojas pa ķēdi, kustība vai impulss tiek izmantots, lai izveidotu adenozīna trifosfāts (ATP). ATP ir galvenais enerģijas avots daudziem šūnu procesiem, ieskaitot muskulis kontrakcijas un šūnu dalīšanās.

Enerģija tiek atbrīvota šūnu metabolisma laikā, kad ir ATP hidrolizēts. Tas notiek, kad elektroni tiek nodoti gar ķēdi no olbaltumvielu kompleksa uz olbaltumvielu kompleksu, līdz tie tiek ziedoti skābekli veidojošam ūdenim. ATP, reaģējot ar ūdeni, ķīmiski sadalās adenozīndifosfātā (ADP). ADP savukārt tiek izmantots ATP sintezēšanai.

Sīkāk, tā kā elektroni tiek izvadīti pa ķēdi no olbaltumvielu kompleksa uz olbaltumvielu kompleksu, enerģija ir izdalītie un ūdeņraža joni (H +) tiek izsūknēti no mitohondriju matricas (nodalījuma iekšpusē membrāna) un starpmembrānu telpā (nodalījums starp iekšējo un ārējo membrānu). Visa šī darbība rada gan ķīmisko gradientu (atšķirība šķīduma koncentrācijā), gan elektrisko gradientu (atšķirība lādiņā) visā iekšējā membrānā. Tā kā vairāk H + jonu tiek iesūknēts starpmembrānu telpā, palielināsies ūdeņraža atomu koncentrācija uz augšu un plūst atpakaļ uz matricu, vienlaikus nodrošinot ATP ražošanu ar olbaltumvielu kompleksa ATP palīdzību sintāze.

ATP sintāze izmanto enerģiju, kas rodas no H + jonu pārvietošanās matricā, lai pārveidotu ADP par ATP. Šo molekulu oksidēšanas procesu, lai iegūtu enerģiju ATP ražošanai, sauc par oksidējošu fosforilēšana.

Pirmais šūnu elpošanas solis ir glikolīze. Glikolīze notiek citoplazma un ietver vienas glikozes molekulas sadalīšanu divās ķīmiskā savienojuma piruvāta molekulās. Kopumā tiek ģenerētas divas ATP molekulas un divas NADH molekulas (augstas enerģijas, elektronu nesošā molekula).

Otrais solis, ko sauc par citronskābes cikls vai Krebsa cikls, ir tad, kad piruvats tiek transportēts pāri ārējai un iekšējai mitohondriju membrānai mitohondriju matricā. Piruvāts tiek tālāk oksidēts Krebsa ciklā, iegūstot vēl divas ATP molekulas, kā arī NADH un FADH ₂ molekulas. Elektroni no NADH un FADH₂ tiek pārnesti uz šūnu elpošanas trešo posmu - elektronu transporta ķēdi.

Ir četri olbaltumvielu kompleksi kas ir daļa no elektronu transporta ķēdes, kas darbojas, lai nodotu elektronus lejup pa ķēdi. Piektais olbaltumvielu komplekss kalpo ūdeņraža transportēšanai joni atpakaļ matricā. Šie kompleksi ir iestrādāti iekšējā mitohondriju membrānā.

NADH pārnes divus elektronus uz I kompleksu, iegūstot četrus H⁺ joni tiek sūknēti pa iekšējo membrānu. NADH tiek oksidēts līdz NAD⁺, kas tiek pārstrādāts atpakaļ Krebsa cikls. Elektroni tiek pārvietoti no I kompleksa uz nesējmolekulu ubihinonu (Q), kas tiek reducēts līdz ubihinolam (QH2). Ubihinols nes elektronus uz III kompleksu.

FADH₂ pārnes elektronus uz II kompleksu un elektroni tiek nodoti gar ubihinonu (Q). Q tiek samazināts līdz ubihinolam (QH2), kas pārvadā elektronus uz III kompleksu. Nav H⁺ šajā procesā joni tiek transportēti uz starpmembrānu telpu.

Elektronu pāreja uz III kompleksu veicina vēl četru H transportēšanu⁺ joni pāri iekšējai membrānai. QH2 tiek oksidēts, un elektroni tiek nodoti citam elektronu nesēja olbaltumvielu citohromam C.

Citohroms C nodod elektronus galīgajam olbaltumvielu kompleksam ķēdē, IV kompleksam. Divi H⁺ jonus pārsūknē pa iekšējo membrānu. Pēc tam elektroni tiek novadīti no kompleksa IV uz skābekli (O₂) molekula, izraisot molekulas sadalīšanos. Iegūtie skābekļa atomi ātri satver H⁺ joni, lai veidotu divas ūdens molekulas.

ATP sintāze pārvieto H⁺ joni, kurus elektronu transporta ķēde no matricas izsūknēja atpakaļ matricā. Enerģija no protoni matricā tiek izmantots ATP ģenerēšanai, fosforilējot (pievienojot fosfātu) ADP. Jonu kustību pa selektīvi caurlaidīgo mitohondriju membrānu un lejup pa to elektroķīmisko gradientu sauc par ķemiozmozi.

NADH rada vairāk ATP nekā FADH₂. Par katru NADH molekulu, kas oksidēta, 10 H⁺ joni tiek iesūknēti starpmembrānu telpā. Tādējādi iegūst apmēram trīs ATP molekulas. Jo FADH₂ nonāk ķēdē vēlāk (II komplekss), tikai seši H⁺ joni tiek pārnesti uz starpmembrānu telpu. Tas veido apmēram divas ATP molekulas. Elektronu transportēšanas un oksidatīvās fosforilēšanas rezultātā rodas kopumā 32 ATP molekulas.

• "Elektronu transportēšana šūnas enerģijas ciklā." Hiperfizika, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. "Elektronu transportēšana un oksidatīvā fosforilēšana." Molekulāro šūnu bioloģija. 4. izdevums., ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.