Explicația lanțului de transport de electroni și a producției de energie

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 respirației celulare aerobe. 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 pentru a funcționa. Acest „lanț” este de fapt o serie de complexe proteice și molecule purtătoare de electroni în membrana internă a mitocondriei celulare, 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

• Lanțul de transport de electroni este o serie de complexe proteice și molecule purtătoare de electroni în interiorul membranei mitocondriile care generează ATP pentru energie.
• Electronii sunt trecuți de-a lungul lanțului de la complexul proteic la complexul proteic până când sunt donați la oxigen. În timpul trecerii electronilor, protonii sunt pompați în afara matricea mitocondrială prin membrana interioară și în spațiul intermembran.
• Acumularea protonilor în spațiul intermembranar creează un gradient electrochimic care determină ca protonii să curgă în jos pe gradient și înapoi în matrice prin ATP sintaza. Această mișcare de protoni asigură energia pentru producerea de ATP.
• Lanțul de transport de electroni este a treia etapă a respirație celulară aerobă. Glicoliza și ciclul Krebs sunt primele două etape ale respirației celulare.

Cum se produce energia

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

Adenozina trifosfat (ATP) este un produs chimic organic care furnizează energie celulelor. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Energia este eliberată în timpul metabolismului celular atunci când ATP este hidrolizat. 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 trec de-a lungul unui lanț de la complexul proteic la complexul proteic, energia este eliberată și ionii de hidrogen (H +) sunt pompați din matricea mitocondrială (compartimentul din membrana internă) și în spațiul intermembran (compartimentul dintre membrane 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, concentrația mai mare de atomi de hidrogen se va acumula și se va întoarce înapoi la matrice, alimentând simultan producția de ATP de 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 fosforilare oxidativă.

Primii pași ai respirației celulare

Respirația celulară este un set de reacții metabolice și procese care au loc în celulele organismelor pentru a converti energia biochimică din nutrienți în adenozina trifosfat (ATP), apoi să elibereze produse reziduale. normale / iStock / Getty Images Plus

Primul pas al respirației celulare este glicoliza. Glicoliza apare în citoplasmă 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).

A doua etapă, numită 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.

Complexe proteice în lanț

Există patru complexe proteice care fac parte din lanțul de transport al electronilor care funcționează pentru a trece electronii în lanț. Un al cincilea complex proteic servește pentru transportul ionilor de hidrogen înapoi în matrice. Aceste complexe sunt încorporate în membrana mitocondrială internă. 

Ilustrație a lanțului de transport de electroni cu fosforilare oxidativă. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Complex I

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 reciclată din nou 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.

Complexul II

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.