Электронно-транспортная цепь

Узнайте больше о том, как клетки вырабатывают энергию.

В клеточной биологии цепь электронного транспорта является одним из этапов в процессах, протекающих в вашей клетке, который производит энергию из еды, которую вы едите.

Это третья ступень аэробно-клеточного дыхания. Клеточное дыхание - это термин, обозначающий, как клетки вашего организма получают энергию из потребляемой пищи. Транспортировочная цепь электронов - это то место, где генерируется большая часть энергетических элементов, необходимых для работы. Эта "цепочка" фактически представляет собой серию белковых комплексов и молекул-носителей внутри внутренней мембраны клеточных митохондрий, также известную как "локомотив клеток".

Кислород необходим для аэробного дыхания, так как цепочка прекращается с передачей электронов кислороду.

Краткое содержание

Цепочка электронного транспорта представляет собой серию белковых комплексов и молекул-носителей внутри внутренней мембраны митохондрий, которые вырабатывают АТФ для получения энергии.

Электроны передаются по цепочке от белкового комплекса к белковому комплексу до поступления в организм кислорода. При прохождении электронов протоны выкачиваются из митохондриальной матрицы через внутреннюю мембрану и попадают в межмембранное пространство.

Накопление протонов в межмембранном пространстве создает электрохимический градиент, который заставляет протоны стекать по градиенту и обратно в матрицу через синтезатор АТФ. Это движение протонов обеспечивает энергию для производства АТФ.

Цепь электронного транспорта является третьей ступенью аэробно-клеточного дыхания. Гликолиз и цикл Кребса - первые два шага клеточного дыхания.

Как производится энергия

Поскольку электроны перемещаются по цепочке, движение или импульс используются для создания аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является основным источником энергии для многих клеточных процессов, включая сокращение мышц и деление клеток.

Adenosine triphosphate (ATP) is a organic chemical that provides energy for cell. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Энергия высвобождается в процессе клеточного метаболизма, когда АТФ гидролизуется. Это происходит, когда электроны передаются по цепочке от белкового комплекса к белковому комплексу до тех пор, пока они не будут отданы в кислородосодержащую воду. АТФ химически разлагается до аденозиндифосфата (АДФ) в результате реакции с водой. ADP, в свою очередь, используется для синтеза ATP.

Более подробно, по мере прохождения электронов по цепочке от белкового комплекса к белковому высвобождается энергия и ионы водорода (Н+) выкачиваются из митохондриальной матрицы (отделение внутри внутренней мембраны) и в межмембранное пространство (отделение между внутренней и внешней мембранами). Вся эта активность создает как химический градиент (разница в концентрации раствора), так и электрический градиент (разница в заряде) через внутреннюю мембрану. Чем больше ионов Н+ закачивается в межмембранное пространство, тем выше концентрация атомов водорода будет накапливаться и возвращаться к матрице, одновременно питая производство АТФ белковой синтезацией комплекса АТФ.

Синтез АТФ использует энергию, вырабатываемую движением ионов Н+ в матрицу для преобразования АТФ в АТФ. Этот процесс окисления молекул для получения энергии для производства АТФ называется окислительным фосфорилированием.

Этапы клеточного дыхания

Клеточное дыхание - это совокупность метаболических реакций и процессов, которые происходят в клетках организмов для преобразования биохимической энергии из питательных веществ в аденозинтрифосфат (АТФ), а затем высвобождаются отходы жизнедеятельности. normaals / iStock / Getty Images Plus

Первым шагом клеточного дыхания является гликолиз. Гликолиз происходит в цитоплазме и включает расщепление одной молекулы глюкозы на две молекулы химического соединения пирувата. В целом, образуются две молекулы АТФ и две молекулы NADH (молекулы высокой энергии, несущие электроны).

Второй этап, называемый циклом лимонной кислоты или циклом Кребса, заключается в перемещении пирувата через внешние и внутренние митохондриальные мембраны в митохондриальный матрикс. Пируват далее окисляется в цикле Кребса, образуя еще две молекулы АТФ, а также NADH и FADH 2, а электроны из NADH и FADH2 переходят на третью ступень клеточного дыхания - транспортную цепь электронов.

Белковые комплексы

Всего их четыре белковый комплекс это часть цепи переноса электронов, которая функционирует для передачи электронов вниз по цепи. Пятый белковый комплекс служит для транспортировки водорода аэроионы обратно в матрицу. Эти комплексы встроены во внутреннюю митохондриальную мембрану.

Иллюстрация электронной транспортной цепи с окислительным фосфорилированием. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Комплекс I

NADH переносит два электрона в комплекс I, в результате чего четыре Иона H + накачиваются через внутреннюю мембрану. NADH окисляется до NAD +, который возвращается обратно в цикл Кребса . Электроны переносятся из комплекса I в молекулу-носитель убихинона (Q), которая восстанавливается до убихинола (QH2). Убихинол переносит электроны в комплекс III.

Комплекс II

Фадх 2 переносит электроны к комплексу ИИ и электроны переданы вперед к убихинону (к). Q восстанавливается до убихинола (QH2), который переносит электроны в комплекс III. в этом процессе ионы No H + переносятся в межмембранное пространство.

Комплекс III

Переход электронов в комплекс III приводит к переносу еще четырех ионов H + через внутреннюю мембрану. QH2 окисляется, и электроны передаются другому белку-носителю электронов цитохрому C.

Комплекс IV

Цитохром С передает электроны в конечный белковый комплекс в цепи, комплекс IV. два иона H + прокачиваются через внутреннюю мембрану. Затем электроны передаются от комплекса IV к молекуле кислорода (O2), что приводит к расщеплению молекулы. Образующиеся атомы кислорода быстро захватывают ионы H +, образуя две молекулы воды.

АТФ-синтаза

АТФ-синтаза перемещает ионы H +, которые были откачаны из Матрицы цепью переноса электронов обратно в матрицу. Энергия от притока протонов в матрицу используется для получения АТФ путем фосфорилирования (добавления фосфата) АДФ. Движение ионов через селективно проницаемую мембрану митохондрий и вниз по их электрохимическому градиенту называется хемиосмосом.

NADH генерирует больше АТФ, чем FADH 2 . Для каждой окисленной молекулы NADH в межмембранное пространство закачивается 10 ионов H +. Это дает около трех молекул АТФ. Поскольку FADH 2 входит в цепь на более поздней стадии (комплекс II), только шесть ионов H + переносятся в межмембранное пространство. Это составляет около двух молекул АТФ. Всего в процессе переноса электронов и окислительного фосфорилирования образуется 32 молекулы АТФ.