Producția de lanțuri și energie electrică

În biologia celulară, lanț de transport de electroni este unul dintre pașii proceselor celulelor tale care produce energie din alimentele pe care le consumi.

Este a treia etapă a aerobicului respirație celulară. Respirația celulară este termenul pentru modul în care celulele corpului îți produc energie din alimentele consumate. Lanțul de transport de electroni este locul în care sunt generate majoritatea celulelor energetice care trebuie să funcționeze. Acest „lanț” este de fapt o serie de proteină complexe și molecule purtătoare de electroni în membrana internă a celulei mitocondriile, cunoscută și sub denumirea de centrală a celulei.

Oxigenul este necesar pentru respirația aerobă, deoarece lanțul se termină cu donația de electroni oxigenului.

Cheie de transport: lanț de transport cu electroni

Pe măsură ce electronii se mișcă de-a lungul unui lanț, mișcarea sau impulsul este utilizat pentru a crea adenozin trifosfat (ATP). ATP este principala sursă de energie pentru multe procese celulare, inclusiv muşchi contracția și diviziune celulara.

Energia este eliberată în timpul metabolismului celular atunci când ATP este hidrolizată. Acest lucru se întâmplă când electronii sunt treceți de-a lungul lanțului de la complexul proteic la complexul proteic până când sunt donați apei care formează oxigen. ATP se descompune chimic la adenozina difosfat (ADP) reacționând cu apa. ADP este la rândul său folosit pentru a sintetiza ATP.

Mai detaliat, pe măsură ce electronii sunt transferați de-a lungul unui lanț de la complexul proteic la complexul proteic, energia este eliberați și ionii de hidrogen (H +) sunt pompați din matricea mitocondrială (compartiment în interior membrană) și în spațiul intermembran (compartimentul dintre membranele interioare și exterioare). Toată această activitate creează atât un gradient chimic (diferența de concentrație a soluției) cât și un gradient electric (diferență de încărcare) în întreaga membrană. Pe măsură ce mai mulți ioni H + sunt pompați în spațiul intermembran, se va crește concentrația mai mare de atomi de hidrogen în sus și curge înapoi la matrice alimentând simultan producerea de ATP de către complexul proteic ATP sintaza.

Sintaza ATP utilizează energia generată de mișcarea ionilor H + în matrice pentru conversia ADP în ATP. Acest proces de oxidare a moleculelor pentru a genera energie pentru producerea de ATP se numește oxidativ fosforilare.

Primul pas al respirației celulare este glicoliză. Glicoliza apare în citoplasma și implică împărțirea unei molecule de glucoză în două molecule ale piruvatului compusului chimic. În total, sunt generate două molecule de ATP și două molecule de NADH (energie mare, moleculă care transportă electroni).

Al doilea pas, numit " ciclul acidului citric sau ciclul Krebs, este atunci când piruvatul este transportat prin membranele mitocondriale exterioare și interioare în matricea mitocondrială. Piruvatul este oxidat în continuare în ciclul Krebs producând încă două molecule de ATP, precum și NADH și FADH ₂ molecule. Electroni de la NADH și FADH₂ sunt transferate la a treia etapă a respirației celulare, lanțul de transport al electronilor.

Sunt patru complexe proteice care fac parte din lanțul de transport de electroni care funcționează să treacă electroni în lanț. Un al cincilea complex proteic servește la transportul hidrogenului ionii înapoi în matrice. Aceste complexe sunt încorporate în membrana mitocondrială internă.

NADH transferă doi electroni în Complexul I, rezultând patru H⁺ ionii fiind pompați de-a lungul membranei interioare. NADH este oxidat la NAD⁺, care este reciclat înapoi în Ciclul Krebs. Electronii sunt transferați din complexul I într-o moleculă purtătoare ubiquinona (Q), care este redusă la ubiquinol (QH2). Ubiquinol transportă electronii la Complexul III.

FADH₂ transferă electroni în Complexul II, iar electronii sunt trecuți către ubiquinona (Q). Q este redus la ubiquinol (QH2), care transportă electronii la Complexul III. Nu H⁺ ionii sunt transportați în spațiul intermembran în acest proces.

Trecerea electronilor în Complexul III conduce la transportul a încă patru H⁺ ionii de-a lungul membranei interioare. QH2 este oxidat și electronii sunt transmise către un alt citocrom C. proteină purtătoare de electroni.

Citocromul C trece electronii în complexul proteic final din lanț, Complexul IV. Două H⁺ ionii sunt pompați peste membrana interioară. Electronii sunt apoi trecuți de la Complexul IV la un oxigen (O₂) molecula, determinând divizarea moleculei. Atomii de oxigen rezultați prind rapid H⁺ ioni pentru a forma două molecule de apă.

ATP sintaza se deplasează H⁺ ionii care au fost pompați din matrice de către lanțul de transport de electroni înapoi în matrice. Energia din fluxul de protonii în matrice este utilizat pentru a genera ATP prin fosforilarea (adăugarea unui fosfat) de ADP. Mișcarea ionilor de-a lungul membranei mitocondriale permeabil selectiv și de-a lungul gradientului lor electrochimic se numește chemiosmoză.

NADH generează mai mult ATP decât FADH₂. Pentru fiecare moleculă NADH care este oxidată, 10 H⁺ ionii sunt pompați în spațiul intermembran. Aceasta produce aproximativ trei molecule de ATP. Deoarece FADH₂ intră în lanț într-o etapă ulterioară (Complexul II), doar șase H⁺ ionii sunt transferați în spațiul intermembran. Aceasta reprezintă aproximativ două molecule de ATP. Un total de 32 de molecule de ATP sunt generate în transportul electronilor și în fosforilarea oxidativă.

• "Transportul de electroni în ciclul energetic al celulei." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey și colab. "Transport de electroni și fosforilare oxidativă." Biologie celulară moleculară. Ediția a IV-a., Biblioteca Națională de Medicină din SUA, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.