Elektronų transportavimo grandinė ir energijos gamyba

Ląstelių biologijoje, elektronų transportavimo grandinė yra vienas iš jūsų ląstelės procesų, kurių metu energija gaunama iš jūsų valgomo maisto, žingsnių.

Tai yra trečiasis aerobikos žingsnis ląstelinis kvėpavimas. Ląstelių kvėpavimas yra terminas, kaip jūsų kūno ląstelės pasigamina energiją iš suvartoto maisto. Elektronų transportavimo grandinė sukuria didžiąją dalį energijos ląstelių, kurios turi veikti. Ši „grandinė“ iš tikrųjų yra keletas baltymas kompleksai ir elektronų nešančiosios molekulės vidinėje ląstelės membranoje mitochondrijos, taip pat žinomas kaip ląstelės galia.

Deguonis reikalingas aerobiniam kvėpavimui, nes grandinė pasibaigia dovanojant elektronus deguoniui.

Pagrindinės prekės: elektronų transportavimo grandinė

Kai elektronai juda išilgai grandinės, sukuriamas judėjimas arba impulsas adenozino trifosfatas (ATP). ATP yra pagrindinis energijos šaltinis daugelyje ląstelinių procesų, įskaitant Raumuo susitraukimas ir ląstelių dalijimasis.

Energija išsiskiria ląstelių metabolizmo metu, kai yra ATP hidrolizuotas. Tai atsitinka, kai elektronai praeina išilgai grandinės iš baltymų komplekso į baltymų kompleksą, kol jie atiduodami deguoniui sudarančiam vandeniui. ATP, reaguodamas su vandeniu, chemiškai skyla į adenozino difosfatą (ADP). ADP savo ruožtu naudojamas ATP sintezei.

Detaliau, kai elektronai yra perduodami išilgai grandinės iš baltymų komplekso į baltymų kompleksą, energija yra išsiskyrę ir vandenilio jonai (H +) išsiurbiami iš mitochondrijų matricos (skyriaus vidinėje dalyje) membrana) ir į tarpląstelinę erdvę (skyrių tarp vidinės ir išorinės membranų). Visa ši veikla sukuria cheminį gradientą (tirpalo koncentracijos skirtumą) ir elektrinį gradientą (krūvio skirtumą) per vidinę membraną. Kuo daugiau H + jonų bus pumpuojamas į tarpląstelinę erdvę, tuo didesnė vandenilio atomų koncentracija susidarys aukštyn ir tekėti atgal į matricą, tuo pačiu užtikrinant ATP gamybą baltymų komplekso ATP dėka sintazė.

ATP sintazė naudoja energiją, gautą iš H + jonų judėjimo į matricą, ADP paversti ATP. Šis molekulių oksidacijos procesas, siekiant generuoti energiją ATP gamybai, vadinamas oksidaciniu fosforilinimas.

Pirmasis ląstelių kvėpavimo žingsnis yra glikolizė. Glikolizė vyksta citoplazma ir apima vienos gliukozės molekulės suskaidymą į dvi cheminio junginio piruvato molekules. Iš viso susidaro dvi ATP molekulės ir dvi NADH molekulės (didelės energijos, elektronus nešančios molekulės).

Antrasis žingsnis, vadinamas citrinos rūgšties ciklas arba Krebso ciklas, kai piruvatas pernešamas per išorinę ir vidinę mitochondrijų membranas į mitochondrijų matricą. Piruvatas toliau oksiduojamas Krebso cikle, sukuriant dar dvi ATP molekules, taip pat NADH ir FADH ₂ molekulės. Elektronai iš NADH ir FADH₂ yra perkeliami į trečiąjį ląstelių kvėpavimo žingsnį - elektronų transportavimo grandinę.

Ten yra keturi baltymų kompleksai kurios yra elektronų pernešimo grandinės dalis, funkcionuojanti perduoti elektronus žemyn grandine. Penktasis baltymų kompleksas skirtas vandenilio transportavimui jonai atgal į matricą. Šie kompleksai yra įterpti į vidinę mitochondrijų membraną.

NADH perkelia du elektronus į I kompleksą ir gauna keturis H⁺ jonai pumpuojami per vidinę membraną. NADH oksiduojasi iki NAD⁺, kuris perdirbamas atgal į Krebso ciklas. Elektronai iš I komplekso perkeliami į nešiklio molekulę ubichinoną (Q), kuris yra redukuojamas į ubichinolį (QH2). Ubichinolis perneša elektronus į III kompleksą.

FADH₂ elektronai perkeliami į II kompleksą ir elektronai perduodami kartu su ubikinonu (Q). Q sumažinamas iki ubichinolio (QH2), kuris perneša elektronus į III kompleksą. Ne H⁺ jonai per šį procesą gabenami į tarpląstelinę erdvę.

Elektronų praėjimas į III kompleksą skatina dar keturių H pernešimą⁺ jonai per vidinę membraną. QH2 oksiduojasi ir elektronai perduodami į kitą elektroną nešantį baltymą citochromą C.

Citochromas C perduoda elektronus į galutinį baltymų kompleksą grandinėje, IV kompleksą. Du H⁺ jonai pumpuojami per vidinę membraną. Tada elektronai iš IV komplekso patenka į deguonį (O₂) molekulė, sukelianti molekulės suskaidymą. Gauti deguonies atomai greitai paima H⁺ jonai, kad sudarytų dvi vandens molekules.

ATP sintazė juda H⁺ jonai, kuriuos elektronų pernešimo grandinė išsiurbė iš matricos atgal į matricą. Energija iš protonai Į matricą yra naudojamas ATP generuoti fosforilinant (pridedant fosfatą) ADP. Jonų judėjimas per selektyviai pralaidžią mitochondrijų membraną ir žemyn jų elektrocheminiu gradientu vadinamas chemiosmosis.

NADH sukuria daugiau ATP nei FADH₂. Kiekvienai oksiduotai NADH molekulei - 10 H⁺ jonai pumpuojami į tarpląstelinę erdvę. Taip gaunamos maždaug trys ATP molekulės. Nes FADH₂ vėliau patenka į grandinę (II kompleksas), tik šeši H⁺ jonai perkeliami į tarpląstelinę erdvę. Tai sudaro apie dvi ATP molekules. Iš viso elektronų pernešimo ir oksidacinio fosforilinimo metu susidaro 32 ATP molekulės.

• "Elektrono pernešimas ląstelės energijos cikle". Hiperfizika, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey ir kt. "Elektronų pernešimas ir oksidacinis fosforilinimas". Molekulinių ląstelių biologija. 4-asis leidimas., JAV Nacionalinė medicinos biblioteka, 2000 m., Www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.