Elektrontransportkedjan (ETC) är den biokemiska processen som producerar det mesta av en cells bränsle i aeroba organismer. Detta innefattar uppbyggnad av en protonmotivkraft (PMF), som möjliggör produktion av ATP, den huvudsakliga katalysatorn för cellulära reaktioner. ETC är en serie av redoxreaktioner där elektroner överförs från reaktanter till mitokondriella proteiner. Detta ger proteinerna förmågan att flytta protoner över en elektrokemisk gradient som bildar PMF.

Citronsyracykelfoderna i ETC

De viktigaste biokemiska reaktanterna i ETC är elektrondonatorerna succinat och nikotinamidadenindinukleotidhydrat (NADH). Dessa genereras av en process som kallas citronsyracykeln (CAC). Fetter och socker är uppdelade i enklare molekyler som pyruvat, som sedan matas in i CAC. CAC-enheten avger energi från dessa molekyler för att producera de elektron-täta molekylerna som behövs av ETC. CAC producerar sex NADH-molekyler och överlappar med ETC-enheten när den bildar succinat, den andra biokemiska reaktanten.

NADH och FADH2

Sammansmältningen av en elektron-fattig prekursormolekyl som heter nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD +) med en protonform NADH. NADH produceras inom mitokondriamatrisen, den innersta delen av mitokondrionen. De olika transportproteinerna i ETC ligger på mitokondriala inre membran, som omger matrisen. NADH donerar elektroner till en klass av ETC-proteiner som kallas NADH-dehydrogenaser, även känd som Komplex I. Detta bryter NADH tillbaka ner i NAD + och en proton, som transporterar fyra protoner ur matrisen i processen, vilket ökar PMF. En annan molekyl som heter flavin-adenindinukleotid (FADH2) spelar en liknande roll som en elektrondonator.

Succinat och QH2

Succinatmolekylen produceras av ett av de centrala stegen i CAC och är därefter nedbrytas i fumarat för att hjälpa till att bilda dihydrokinon (QH2) elektrondonatorn. Denna del av CAC överlappar med ETC: QH2 driver ett transportprotein som heter Complex III, som verkar för att utvisa ytterligare protoner från mitokondriellmatrisen, vilket ökar PMF. Komplex III aktiverar ett ytterligare komplex kallat Complex IV, vilket frigör ännu fler protoner. Sålunda resulterar nedbrytningen av succinat till fumarat i utstötningen av många protoner från mitokondrionen genom två interaktiva proteinkomplex.

Oxygen

Celler utnyttjar energi genom en rad långsamma, kontrollerade förbränningsreaktioner. Molekyler såsom pyruvat och succinat frisätter användbar energi när de förbränns i närvaro av syre. Elektroner i ETC sänds slutligen till syre, vilket reduceras till vatten (H2O), absorberar fyra protoner i processen. På detta sätt fungerar syre som både en terminal elektronmottagare (det är den sista molekylen för att få ETC-elektronerna) och en väsentlig reaktant. ETC kan inte hända i frånvaro av syre, så syrehårda celler tillgriper mycket ineffektivt anaerobt andning.

ADP och Pi

Det slutliga målet för ETC är att producera hög energi molekyl adenosintrifosfat (ATP) för att katalysera biokemiska reaktioner. Precursorerna för ATP, adenosindifosfat (ADP) och oorganiskt fosfat (Pi) importeras lätt till mitokondriematrisen. Det kräver en hög energi reaktion på bindning ADP och Pi tillsammans, vilket är där PMF fungerar. Genom att låta protoner tillbaka in i matrisen produceras arbetsenergi, vilket tvingar bildandet av ATP från dess föregångare. Det uppskattas att 3,5 hydrogener måste gå in i matrisen för bildandet av varje ATP-molekyl.