Elektrontransportketen en energieproductie

In cellulaire biologie, de elektron transportketen is een van de stappen in de processen van uw cel die energie opwekken uit het voedsel dat u eet.

Het is de derde stap van aerobics cellulaire ademhaling. Cellulaire ademhaling is de term voor hoe de cellen van uw lichaam energie produceren uit geconsumeerd voedsel. De elektrontransportketen is waar de meeste energiecellen moeten werken die worden gegenereerd. Deze "ketting" is eigenlijk een reeks van eiwit complexen en elektronendragermoleculen in het binnenmembraan van cellen mitochondria, ook bekend als de krachtpatser van de cel.

Zuurstof is vereist voor aerobe ademhaling omdat de ketting eindigt met het doneren van elektronen aan zuurstof.

Belangrijkste afhaalrestaurants: elektronentransportketen

Terwijl elektronen langs een ketting bewegen, wordt de beweging of impuls gebruikt om te creëren adenosine trifosfaat (ATP). ATP is de belangrijkste energiebron voor veel cellulaire processen, waaronder spier contractie en celverdeling.

Energie komt vrij tijdens het celmetabolisme wanneer ATP is gehydrolyseerd. Dit gebeurt wanneer elektronen langs de keten van eiwitcomplex naar eiwitcomplex worden doorgegeven totdat ze worden gedoneerd aan zuurstofvormend water. ATP ontleedt chemisch tot adenosinedifosfaat (ADP) door te reageren met water. ADP wordt op zijn beurt gebruikt om ATP te synthetiseren.

Meer in detail, als elektronen langs een ketting worden doorgegeven van eiwitcomplex naar eiwitcomplex, is energie dat wel vrijgegeven en waterstofionen (H +) worden uit de mitochondriale matrix (compartiment binnenin) gepompt membraan) en in de tussenmembraanruimte (compartiment tussen de binnenste en buitenste membranen). Al deze activiteit creëert zowel een chemische gradiënt (verschil in oplossingsconcentratie) als een elektrische gradiënt (verschil in lading) over het binnenmembraan. Naarmate er meer H + -ionen in de tussenmembraanruimte worden gepompt, zal de hogere concentratie waterstofatomen toenemen omhoog en terugvloeien naar de matrix die tegelijkertijd de productie van ATP door het eiwitcomplex ATP aandrijft synthase.

ATP-synthase gebruikt de energie die wordt gegenereerd door de beweging van H + -ionen in de matrix voor de conversie van ADP naar ATP. Dit proces van oxiderende moleculen om energie op te wekken voor de productie van ATP wordt oxidatief genoemd fosforylering.

De eerste stap van cellulaire ademhaling is glycolyse. Glycolyse komt voor in de cytoplasma en omvat het splitsen van één molecuul glucose in twee moleculen van de chemische verbinding pyruvaat. In totaal worden twee ATP-moleculen en twee NADH-moleculen (hoogenergetische, elektronendragende molecuul) gegenereerd.

De tweede stap, de zogenaamde citroenzuur cyclus of Krebs-cyclus, is wanneer pyruvaat wordt getransporteerd over de buitenste en binnenste mitochondriale membranen in de mitochondriale matrix. Pyruvaat wordt verder geoxideerd in de Krebs-cyclus en produceert nog twee ATP-moleculen, evenals NADH en FADH ₂ moleculen. Elektronen van NADH en FADH₂ worden overgedragen naar de derde stap van cellulaire ademhaling, de elektronentransportketen.

Er zijn er vier eiwitcomplexen die deel uitmaken van de elektronentransportketen die functioneert om elektronen door de ketting te leiden. Een vijfde eiwitcomplex dient om waterstof te transporteren ionen terug in de matrix. Deze complexen zijn ingebed in het binnenste mitochondriale membraan.

NADH draagt ​​twee elektronen over op complex I resulterend in vier H⁺ ionen die over het binnenmembraan worden gepompt. NADH wordt geoxideerd tot NAD⁺, die wordt gerecycled in de citroenzuurcyclus. Elektronen worden overgebracht van complex I naar een dragermolecuul ubiquinon (Q), dat wordt gereduceerd tot ubiquinol (QH2). Ubiquinol draagt ​​de elektronen naar Complex III.

FADH₂ brengt elektronen over naar Complex II en de elektronen worden doorgegeven aan ubiquinone (Q). Q wordt gereduceerd tot ubiquinol (QH2), dat de elektronen naar complex III voert. Nee H⁺ ionen worden in dit proces naar de intermembrane ruimte getransporteerd.

De passage van elektronen naar Complex III drijft het transport van nog vier H aan⁺ ionen over het binnenmembraan. QH2 wordt geoxideerd en elektronen worden doorgegeven aan een ander elektronendragereiwit cytochroom C.

Cytochroom C geeft elektronen door aan het uiteindelijke eiwitcomplex in de keten, complex IV. Twee H⁺ ionen worden over het binnenmembraan gepompt. De elektronen worden vervolgens overgebracht van Complex IV naar een zuurstof (O₂) molecuul, waardoor het molecuul splitst. De resulterende zuurstofatomen grijpen snel H⁺ ionen om twee moleculen water te vormen.

ATP-synthase beweegt H⁺ ionen die door de elektrontransportketen uit de matrix werden teruggepompt naar de matrix. De energie van de instroom van protonen in de matrix wordt gebruikt om ATP te genereren door fosforylering (toevoeging van een fosfaat) van ADP. De beweging van ionen over het selectief permeabele mitochondriale membraan en langs hun elektrochemische gradiënt wordt chemiosmosis genoemd.

NADH genereert meer ATP dan FADH₂. Voor elk NADH-molecuul dat is geoxideerd, 10 H⁺ ionen worden in de intermembrane ruimte gepompt. Dit levert ongeveer drie ATP-moleculen op. Omdat FADH₂ komt later in de keten (complex II), slechts zes H⁺ ionen worden overgebracht naar de intermembraanruimte. Dit is goed voor ongeveer twee ATP-moleculen. In totaal worden 32 ATP-moleculen gegenereerd in elektronentransport en oxidatieve fosforylering.

• "Elektronentransport in de energiecyclus van de cel." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. "Elektrontransport en oxidatieve fosforylering." Moleculaire celbiologie. 4e editie., U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.