Razložena transportna veriga elektronov in proizvodnja energije

Izvedite več o tem, kako celice proizvajajo energijo

Transportna veriga elektronov in oksidativna fosforilacija. OpenStax College/Wikimedia Commons

V celični biologiji je transportna veriga elektronov je eden od korakov v procesih vaših celic, ki proizvajajo energijo iz hrane, ki jo jeste.

Je tretji korak aerobike celično dihanje . Celično dihanje je izraz za to, kako celice vašega telesa proizvajajo energijo iz zaužite hrane. V transportni verigi elektronov se ustvari večina energijskih celic, ki jih potrebujejo za delovanje. Ta 'veriga' je pravzaprav serija beljakovine kompleksov in molekul nosilcev elektronov v notranji membrani celice mitohondrije , znan tudi kot celični pogon.

Za aerobno dihanje je potreben kisik, saj se veriga konča z oddajo elektronov kisiku.

Ključni zaključki: transportna veriga elektronov

• Transportna veriga elektronov je vrsta proteinskih kompleksov in molekul nosilcev elektronov znotraj notranje membrane mitohondrije ki proizvajajo ATP za energijo.
• Elektroni se prenašajo po verigi od proteinskega kompleksa do proteinskega kompleksa, dokler niso donirani kisiku. Med prehodom elektronov se protoni črpajo iz mitohondrijski matriks preko notranje membrane in v medmembranski prostor.
• Kopičenje protonov v medmembranskem prostoru ustvari elektrokemični gradient, ki povzroči, da protoni tečejo po gradientu in nazaj v matriks preko ATP sintaze. To gibanje protonov zagotavlja energijo za proizvodnjo ATP.
• Veriga prenosa elektronov je tretji korak aerobno celično dihanje . Glikoliza in Krebsov cikel sta prva dva koraka celičnega dihanja.

Kako nastane energija

Ko se elektroni premikajo po verigi, se gibanje ali zagon uporabi za ustvarjanje adenozin trifosfat (ATP) . ATP je glavni vir energije za številne celične procese, vključno z mišica krčenje in delitev celic .

Adenozin trifosfat (ATP) je organska kemikalija, ki zagotavlja energijo za celice. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Energija se sprošča med presnovo celic, ko je ATP hidroliziran . To se zgodi, ko se elektroni prenašajo po verigi od proteinskega kompleksa do proteinskega kompleksa, dokler niso donirani vodi, ki tvori kisik. ATP kemično razpade na adenozin difosfat (ADP) z reakcijo z vodo. ADP se nato uporablja za sintezo ATP.

Natančneje, ko se elektroni prenašajo vzdolž verige od proteinskega kompleksa do proteinskega kompleksa, se energija sprosti in vodikovi ioni (H+) se izčrpajo iz mitohondrijskega matriksa (predelka znotraj notranjega membrana ) in v intermembranski prostor (predelek med notranjo in zunanjo membrano). Vsa ta aktivnost ustvarja kemični gradient (razlika v koncentraciji raztopine) in električni gradient (razlika v naboju) čez notranjo membrano. Ko se več ionov H+ črpa v medmembranski prostor, se bo povečala koncentracija vodikovih atomov in se bo vrnila v matriks, hkrati pa bo poganjala proizvodnjo ATP s proteinskim kompleksom ATP sintazo.

ATP sintaza uporablja energijo, ki nastane pri gibanju H+ ionov v matriks, za pretvorbo ADP v ATP. Ta proces oksidacije molekul za ustvarjanje energije za proizvodnjo ATP se imenuje oksidativni fosforilacija .

Prvi koraki celičnega dihanja

Celično dihanje je niz presnovnih reakcij in procesov, ki potekajo v celicah organizmov za pretvorbo biokemične energije iz hranil v adenozin trifosfat (ATP) in nato sproščanje odpadnih produktov. normaals / iStock / Getty Images Plus

Prvi korak celičnega dihanja je glikoliza . Glikoliza se pojavi v citoplazma in vključuje cepitev ene molekule glukoze v dve molekuli kemične spojine piruvat. Skupaj nastaneta dve molekuli ATP in dve molekuli NADH (visokoenergijska molekula, ki prenaša elektron).

Drugi korak, imenovan cikel citronske kisline ali Krebsov cikel je, ko se piruvat prenaša preko zunanje in notranje mitohondrijske membrane v mitohondrijski matriks. Piruvat se nadalje oksidira v Krebsovem ciklu, pri čemer nastaneta še dve molekuli ATP ter NADH in FADH._dvamolekule. Elektroni iz NADH in FADH_dvase prenesejo v tretjo stopnjo celičnega dihanja, transportno verigo elektronov.

Proteinski kompleksi v verigi

Štirje so beljakovinski kompleksi ki so del transportne verige elektronov, ki deluje za prenos elektronov navzdol po verigi. Peti proteinski kompleks služi za transport vodika ioni nazaj v matrico. Ti kompleksi so vgrajeni v notranjo mitohondrijsko membrano.

Ilustracija transportne verige elektronov z oksidativno fosforilacijo. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Kompleks I

NADH prenese dva elektrona na kompleks I, kar povzroči štiri H⁺ioni, ki se črpajo čez notranjo membrano. NADH se oksidira v NAD⁺, ki se reciklira nazaj v Krebsov cikel . Elektroni se prenesejo iz kompleksa I na nosilno molekulo ubikinon (Q), ki se reducira v ubikinol (QH2). Ubikinol prenaša elektrone v kompleks III.

Kompleks II

FADH_dvaprenese elektrone v kompleks II in elektroni se prenesejo na ubikinon (Q). Q se reducira v ubikinol (QH2), ki prenaša elektrone v kompleks III. Ne H⁺v tem procesu se ioni prenašajo v medmembranski prostor.

Kompleks III

Prehod elektronov do kompleksa III poganja transport še štirih H⁺ionov čez notranjo membrano. QH2 se oksidira in elektroni se prenesejo na drug proteinski nosilec elektronov citokrom C.

Kompleks IV

Citokrom C prenaša elektrone do končnega proteinskega kompleksa v verigi, kompleksa IV. Dva H⁺ioni se črpajo čez notranjo membrano. Elektroni se nato prenesejo iz kompleksa IV na kisik (O_dva) molekulo, zaradi česar se molekula razcepi. Nastali atomi kisika hitro zgrabijo H⁺ioni, da tvorijo dve molekuli vode.

ATP sintaza

ATP sintaza premika H⁺ioni, ki jih je transportna veriga elektronov izčrpala iz matriksa nazaj v matriks. Energija iz dotoka protoni v matriks se uporablja za ustvarjanje ATP s fosforilacijo (dodajanjem fosfata) ADP. Gibanje ionov skozi selektivno prepustno mitohondrijsko membrano in navzdol po njihovem elektrokemičnem gradientu se imenuje kemiosmoza.

NADH ustvari več ATP kot FADH_dva. Za vsako molekulo NADH, ki se oksidira, je 10 H⁺ioni se črpajo v medmembranski prostor. To daje približno tri molekule ATP. Ker FADH_dvavstopi v verigo pozneje (kompleks II), le šest H⁺ioni se prenesejo v medmembranski prostor. To predstavlja približno dve molekuli ATP. Pri transportu elektronov in oksidativni fosforilaciji nastane skupno 32 molekul ATP.

Viri

• 'Transport elektronov v energijskem ciklu celice.' Hiperfizika , hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. 'Transport elektronov in oksidativna fosforilacija.' Molekularna celična biologija. 4. izdaja. , Ameriška nacionalna medicinska knjižnica, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.