Elektronentransportketen en energieproductie uitgelegd

Meer informatie over hoe energie wordt gemaakt door cellen

Elektronentransportketen en oxidatieve fosforylering. OpenStax College/Wikimedia Commons

In de celbiologie is de elektronentransportketen is een van de stappen in de processen van je cel die energie halen uit het voedsel dat je eet.

Het is de derde stap van aerobic cellulaire ademhaling . Cellulaire ademhaling is de term voor hoe de cellen van uw lichaam energie maken uit geconsumeerd voedsel. De elektronentransportketen is waar de meeste energiecellen worden gegenereerd die nodig zijn om te werken. Deze 'ketting' is eigenlijk een reeks van eiwit complexen en elektronendragermoleculen in het binnenmembraan van de cel mitochondriën , ook bekend als de krachtpatser van de cel.

Zuurstof is nodig voor aërobe ademhaling, aangezien de keten eindigt met de donatie van elektronen aan zuurstof.

Belangrijkste afhaalrestaurants: elektronentransportketen

• De elektronentransportketen is een reeks eiwitcomplexen en elektronendragermoleculen in het binnenmembraan van mitochondriën die ATP genereren voor energie.
• Elektronen worden doorgegeven langs de keten van eiwitcomplex naar eiwitcomplex totdat ze worden gedoneerd aan zuurstof. Tijdens de passage van elektronen worden protonen uit de gepompt mitochondriale matrix door het binnenmembraan en in de intermembrane ruimte.
• De accumulatie van protonen in de intermembraanruimte creëert een elektrochemische gradiënt die ervoor zorgt dat protonen door de gradiënt naar beneden stromen en terug in de matrix via ATP-synthase. Deze beweging van protonen levert de energie voor de productie van ATP.
• De elektronentransportketen is de derde stap van aerobe cellulaire ademhaling . Glycolyse en de Krebs-cyclus zijn de eerste twee stappen van cellulaire ademhaling.

Hoe energie wordt gemaakt

Terwijl elektronen langs een ketting bewegen, wordt de beweging of het momentum gebruikt om te creëren adenosinetrifosfaat (ATP) . ATP is de belangrijkste energiebron voor veel cellulaire processen, waaronder: spier samentrekking en celverdeling .

Adenosinetrifosfaat (ATP) is een organische chemische stof die de cel van energie voorziet. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Energie komt vrij tijdens het celmetabolisme wanneer ATP is gehydrolyseerd . Dit gebeurt wanneer elektronen langs de keten van eiwitcomplex naar eiwitcomplex worden doorgegeven totdat ze worden gedoneerd aan zuurstofvormend water. ATP ontleedt chemisch tot adenosinedifosfaat (ADP) door te reageren met water. ADP wordt op zijn beurt gebruikt om ATP te synthetiseren.

Meer in detail, als elektronen langs een keten van eiwitcomplex naar eiwitcomplex worden geleid, komt er energie vrij en worden waterstofionen (H+) uit de mitochondriale matrix gepompt (compartiment in het binnenste membraan ) en in de intermembraanruimte (compartiment tussen de binnen- en buitenmembranen). Al deze activiteit creëert zowel een chemische gradiënt (verschil in oplossingsconcentratie) als een elektrische gradiënt (verschil in lading) over het binnenmembraan. Naarmate er meer H+-ionen in de intermembraanruimte worden gepompt, zal de hogere concentratie waterstofatomen zich ophopen en terugvloeien naar de matrix, waardoor tegelijkertijd de productie van ATP door het eiwitcomplex ATP-synthase wordt aangedreven.

ATP-synthase gebruikt de energie die wordt gegenereerd door de beweging van H+-ionen in de matrix voor de omzetting van ADP in ATP. Dit proces van het oxideren van moleculen om energie op te wekken voor de productie van ATP wordt oxidatief genoemd fosforylering .

De eerste stappen van cellulaire ademhaling

Cellulaire ademhaling is een reeks metabolische reacties en processen die plaatsvinden in de cellen van organismen om biochemische energie van voedingsstoffen om te zetten in adenosinetrifosfaat (ATP) en vervolgens afvalproducten vrij te geven. normaals / iStock / Getty Images Plus

De eerste stap van cellulaire ademhaling is: glycolyse . Glycolyse vindt plaats in de cytoplasma en omvat de splitsing van één molecuul glucose in twee moleculen van de chemische verbinding pyruvaat. In totaal worden twee moleculen ATP en twee moleculen NADH (hoge energie, elektronendragende molecule) gegenereerd.

De tweede stap, genaamd de citroenzuur cyclus of Krebs-cyclus, is wanneer pyruvaat over de buitenste en binnenste mitochondriale membranen in de mitochondriale matrix wordt getransporteerd. Pyruvaat wordt verder geoxideerd in de Krebs-cyclus en produceert nog twee ATP-moleculen, evenals NADH en FADH_tweemoleculen. Elektronen van NADH en FADH_tweeworden overgebracht naar de derde stap van cellulaire ademhaling, de elektronentransportketen.

Eiwitcomplexen in de keten

Er zijn er vier eiwitcomplexen die deel uitmaken van de elektronentransportketen die functioneert om elektronen door de keten door te geven. Een vijfde eiwitcomplex dient om waterstof te transporteren ionen terug in de matrix. Deze complexen zijn ingebed in het binnenste mitochondriale membraan.

Illustratie van elektronentransportketen met oxidatieve fosforylering. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Complex I

NADH brengt twee elektronen over naar Complex I, wat resulteert in vier H⁺ionen die over het binnenmembraan worden gepompt. NADH wordt geoxideerd tot NAD⁺, die weer wordt gerecycled in de citroenzuurcyclus . Elektronen worden overgedragen van Complex I naar een dragermolecuul ubiquinon (Q), dat wordt gereduceerd tot ubiquinol (QH2). Ubiquinol draagt ​​de elektronen naar Complex III.

Complex II

FADH_tweebrengt elektronen over naar Complex II en de elektronen worden doorgegeven aan ubiquinon (Q). Q wordt gereduceerd tot ubiquinol (QH2), dat de elektronen naar Complex III draagt. Geen H⁺Hierbij worden ionen naar de intermembrane ruimte getransporteerd.

Complex III

De passage van elektronen naar Complex III zorgt voor het transport van nog vier H⁺ionen over het binnenmembraan. QH2 wordt geoxideerd en elektronen worden doorgegeven aan een ander elektronendragereiwit, cytochroom C.

Complex IV

Cytochroom C geeft elektronen door aan het laatste eiwitcomplex in de keten, Complex IV. Twee H⁺ionen worden door het binnenmembraan gepompt. De elektronen worden dan van Complex IV naar een zuurstof (O_twee) molecuul, waardoor het molecuul splitst. De resulterende zuurstofatomen grijpen snel H⁺ionen om twee watermoleculen te vormen.

ATP-synthase

ATP-synthase beweegt H⁺ionen die uit de matrix werden gepompt door de elektronentransportketen terug in de matrix. De energie van de instroom van protonen in de matrix wordt gebruikt om ATP te genereren door de fosforylering (toevoeging van een fosfaat) van ADP. De beweging van ionen door het selectief permeabele mitochondriale membraan en door hun elektrochemische gradiënt wordt chemiosmosis genoemd.

NADH genereert meer ATP dan FADH_twee. Voor elk NADH-molecuul dat wordt geoxideerd, 10 H⁺ionen worden in de intermembrane ruimte gepompt. Dit levert ongeveer drie ATP-moleculen op. Omdat FADH_tweekomt in een later stadium in de keten (Complex II), slechts zes H⁺ionen worden overgebracht naar de intermembrane ruimte. Dit is goed voor ongeveer twee ATP-moleculen. In totaal worden 32 ATP-moleculen gegenereerd bij elektronentransport en oxidatieve fosforylering.

bronnen

• 'Elektronentransport in de energiekringloop van de cel.' Hyperfysica , hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. 'Elektronentransport en oxidatieve fosforylering.' Moleculaire celbiologie. 4e editie. , U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.