Elektrontransportkedja och energiproduktion förklarade

Inom cellbiologi, elektron transport kedja är ett av stegen i din cell processer som gör energi från maten du äter. 

Det är det tredje steget i aerob cellulär andning. Cellulär andning är termen för hur kroppens celler producerar energi från konsumerad mat. Elektrontransportkedjan är där de flesta energiceller som behöver fungera genereras. Denna "kedja" är faktiskt en serie proteinkomplex och elektronbärarmolekyler i det inre membranet i cellmytokondrierna, även känd som cellens kraftverk.

Syre krävs för aerob andning eftersom kedjan avslutas med donation av elektroner till syre. 

Key Takeaways: Electron Transport Chain

• Elektrontransportkedjan är en serie proteinkomplex och elektronbärarmolekyler i det inre membranet i mitokondrier som genererar ATP för energi.
• Elektroner överförs längs kedjan från proteinkomplex till proteinkomplex tills de doneras till syre. Under passagen av elektroner pumpas protoner ur mitokondriell matris över det inre membranet och in i intermembranutrymmet.
• Anhopningen av protoner i intermembranutrymmet skapar en elektrokemisk gradient som får protoner att flyta ner lutningen och tillbaka in i matrisen genom ATP-syntas. Denna rörelse av protoner ger energi för produktion av ATP.
• Elektrontransportkedjan är det tredje steget i aerob cellulär andning. Glykolys och Krebs-cykeln är de två första stegen i cellulär andning.

Hur energi skapas

När elektroner rör sig längs en kedja används rörelsen eller drivkraften för att skapa adenosintrifosfat (ATP). ATP är den viktigaste energikällan för många cellprocesser inklusive muskelsammandragning och celldelning.

Adenosintrifosfat (ATP) är en organisk kemikalie som ger energi till celler. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Energi frigörs under cellmetabolismen när ATP hydrolyseras. Detta händer när elektroner passeras längs kedjan från proteinkomplex till proteinkomplex tills de doneras till syreformande vatten. ATP sönderdelas kemiskt till adenosindifosfat (ADP) genom att reagera med vatten. ADP används i sin tur för att syntetisera ATP.

När mer elektroner förflyttas längs en kedja från proteinkomplex till proteinkomplex, frigörs energi och vätejoner (H +) pumpas ut från mitokondriell matris (fack i det inre membranet) och in i intermembranutrymmet (facket mellan inre och yttre membran). All denna aktivitet skapar både en kemisk gradient (skillnad i lösningskoncentration) och en elektrisk gradient (skillnad i laddning) över det inre membranet. När fler H + -joner pumpas in i intermembranutrymmet, kommer den högre koncentrationen av väteatomer att byggas upp och flyta tillbaka till matrisen och samtidigt driva produktionen av ATP genom proteinkomplexet ATP-syntas.

ATP-syntas använder energin som genereras från rörelsen av H + -joner i matrisen för omvandling av ADP till ATP. Denna process för att oxidera molekyler för att generera energi för produktion av ATP kallas oxidativ fosforylering.

De första stegen för cellulär andning

Cellulär andning är en uppsättning metaboliska reaktioner och processer som äger rum i cellerna i organismer för att omvandla biokemisk energi från näringsämnen till adenosintrifosfat (ATP) och sedan släppa avfallsprodukter. normer / iStock / Getty Images Plus

Det första steget i cellulär andning är glykolys. Glykolys inträffar i cytoplasma och involverar uppdelningen av en molekyl glukos i två molekyler av den kemiska föreningen pyruvat. Totalt genereras två molekyler av ATP och två molekyler av NADH (högenergi, elektronbärande molekyl).

Det andra steget, kallad citronsyrecykeln eller Krebs-cykeln, är när pyruvat transporteras över de yttre och inre mitokondriella membranen in i mitokondriell matris. Pyruvat oxideras vidare i Krebs-cykeln och producerar ytterligare två molekyler av ATP, liksom NADH och FADH ₂ molekyler. Elektroner från NADH och FADH₂ överförs till det tredje steget i cellulär respiration, elektrontransportkedjan.

Proteinkomplex i kedjan

Det finns fyra proteinkomplex som är en del av elektrontransportkedjan som fungerar för att leda elektroner nerför kedjan. Ett femte proteinkomplex tjänar till att transportera vätejoner tillbaka till matrisen. Dessa komplex är inbäddade i det inre mitokondriella membranet. 

Illustration av elektrontransportkedjan med oxidativ fosforylering. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Komplex I

NADH överför två elektroner till komplex I vilket resulterar i fyra H⁺ joner som pumpas över det inre membranet. NADH oxideras till NAD⁺, som återvinns tillbaka till Krebs-cykeln. Elektroner överförs från komplex I till en bärarmolekyl ubiquinon (Q), vilket reduceras till ubiquinol (QH2). Ubiquinol transporterar elektronerna till Complex III.

Komplex II

FADH₂ överför elektroner till komplex II och elektronerna överförs till ubiquinon (Q). Q reduceras till ubiquinol (QH2), som transporterar elektronerna till komplex III. Nej H⁺ joner transporteras till intermembranutrymmet i denna process.