U staničnoj biologiji the lanac transporta elektrona jedan je od koraka u procesima vaše ćelije koji energiju stvaraju iz hrane koju jedete.
To je treći korak aerobika stanično disanje. Stanično disanje je izraz za to kako stanice vašeg tijela proizvode energiju od hrane. Lanac transporta elektrona stvara se tamo gdje većina energetskih ćelija treba djelovati. Ovaj "lanac" je zapravo niz protein kompleksi i molekule nosača elektrona unutar unutarnje membrane stanice mitohondriji, poznata i kao elektrana ćelije.
Kisik je potreban za aerobno disanje jer lanac prestaje doniranjem elektrona kisiku.
Ključni dijelovi: transportni lanac elektrona
- Lanac transporta elektrona je niz proteinskih kompleksa i molekula nosača elektrona unutar unutarnje membrane mitohondriji koji stvaraju ATP za energiju.
- Elektroni se prenose duž lanca od proteinskog kompleksa do proteinskog kompleksa dok se ne doniraju kisiku. Tijekom prolaska elektrona, protoni se ispumpavaju iz mitohondrijska matrica preko unutarnje membrane i u intermembranski prostor.
- Akumulacija protona u međumembranskom prostoru stvara elektrohemijski gradijent koji protone dovodi do gradacije niz gradijent i preko ATP sintaze. Ovo kretanje protona pruža energiju za proizvodnju ATP-a.
- Lanac transporta elektrona je treći korak aerobno stanično disanje. Glikoliza i Krebsov ciklus prva su dva koraka staničnog disanja.
Kako se proizvodi energija
Kako se elektroni kreću duž lanca, tada se kreira gibanje ili zamah adenozin trifosfat (ATP). ATP je glavni izvor energije za mnoge stanične procese, uključujući mišić kontrakcije i dijeljenje stanica.
Energija se oslobađa tijekom staničnog metabolizma kada je ATP hidrolizirani. To se događa kada se elektroni prenose duž lanca od proteinskog kompleksa do proteinskog kompleksa dok se ne doniraju vodi koja formira kisik. ATP se kemijski razgrađuje na adenozin-difosfat (ADP) reakcijom s vodom. ADP se zauzvrat koristi za sintezu ATP-a.
Pobliže rečeno, kako se elektroni prolaze duž lanca od proteinskog kompleksa do proteinskog kompleksa, energija je oslobađaju se i vodikovi ioni (H +) ispumpavaju se iz mitohondrijske matrice (odjeljak unutar unutarnjeg membrana) i u međumembranski prostor (odjeljak između unutarnje i vanjske membrane). Sve ove aktivnosti stvaraju kemijski gradijent (razlika u koncentraciji otopine) i električni gradijent (razlika u naboju) kroz unutarnju membranu. Što se više H + iona pumpa u međumembranski prostor, to će se povećati veća koncentracija vodikovih atoma gore i protok natrag u matricu istovremeno pokrećući proizvodnju ATP-a proteinskim kompleksom ATP sintetaze.
ATP sintaza koristi energiju koja nastaje iz kretanja H + iona u matricu za pretvorbu ADP u ATP. Ovaj postupak oksidacijskih molekula za stvaranje energije za proizvodnju ATP-a naziva se oksidativnim fosforilacija.
Prvi koraci stanične respiracije
Prvi korak staničnog disanja je glikoliza. Glikoliza se javlja u citoplazma i uključuje cijepanje jedne molekule glukoze na dvije molekule kemijskog spoja piruvata. Sve u svemu nastaju dvije molekule ATP-a i dvije molekule NADH (visoka energija, molekula koja nosi elektrone).
Drugi korak, nazvan the ciklus limunske kiseline ili Krebsov ciklus, kada se piruvat transportira preko vanjske i unutarnje mitohondrijske membrane u mitohondrijski matriks. Piruvat se dalje oksidira u Krebsovom ciklusu stvarajući još dvije molekule ATP-a, kao i NADH i FADH 2 molekule. Elektroni iz NADH i FADH2 prenose se u treći korak staničnog disanja, lanac transporta elektrona.
Proteinski kompleksi u lancu
Postoje četiri proteinski kompleksi koji su dio lanca transporta elektrona koji funkcionira da prođe elektrone niz lanac. Peti proteinski kompleks služi za transport vodika ioni natrag u matricu. Ti su kompleksi ugrađeni u unutarnju mitohondrijsku membranu.
Kompleks I
NADH prenosi dva elektrona u kompleks I, što rezultira u četiri H+ ioni koji se pumpaju preko unutarnje membrane. NADH se oksidira u NAD+, koji se reciklira natrag u Krebsov ciklus. Elektroni se iz Kompleksa I prenose u molekulu nosača ubikinon (Q), koji se reducira u ubikinol (QH2). Ubikinol nosi elektrone u kompleks III.
Kompleks II
FADH2 prenosi elektrone u kompleks II i elektroni se prosljeđuju uz ubikinon (Q). Q je reduciran na ubikinol (QH2), koji nosi elektrone u kompleks III. Ne H+ Pri tome se ioni transportiraju u međumembranski prostor.
Kompleks III
Prolaz elektrona u kompleks III pokreće transport još četiri H+ ioni preko unutarnje membrane. QH2 se oksidira, a elektroni se prosljeđuju u drugi nosač proteina citokrom C.
Kompleks IV
Citokrom C prelazi elektrone u konačni proteinski kompleks u lancu, kompleks IV. Dva H+ ioni se pumpaju preko unutarnje membrane. Elektroni se zatim iz Kompleksa IV prenose u kisik (O2) molekula, uzrokujući cijepanje molekula. Nastali atomi kisika brzo hvataju H+ ioni koji tvore dvije molekule vode.
ATP Synthase
ATP sintaza pomiče H+ ioni koji su elektronskim prijenosnim lancem ispušteni iz matrice natrag u matricu. Energija od priliva protoni u matricu koristi se za stvaranje ATP-a fosforilacijom (dodavanjem fosfata) ADP-a. Kretanje iona preko selektivno propusne mitohondrijske membrane i niz njihov elektrokemijski gradijent naziva se hemiozmoza.
NADH generira više ATP-a nego FADH2. Za svaku NADH molekulu koja se oksidira, 10 H+ ioni se pumpaju u međumembranski prostor. Ovo daje oko tri molekule ATP-a. Jer FADH2 ulazi u lanac u kasnijoj fazi (kompleks II), samo šest H+ ioni se prenose u intermembranski prostor. Na ovo otpada oko dvije molekule ATP-a. U transportu elektrona i oksidacijskoj fosforilaciji nastaje 32 molekula ATP-a.
izvori
- "Transport elektrona u energetskom ciklusu ćelije." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
- Lodish, Harvey i sur. "Transport elektrona i oksidativna fosforilacija." Molekularna stanična biologija. 4. izdanje., Američka nacionalna medicinska knjižnica, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.