Catena di trasporto degli elettroni e produzione di energia

In biologia cellulare, il catena di trasporto degli elettroni è uno dei passaggi nei processi della tua cellula che producono energia dai cibi che mangi.

È il terzo passo dell'aerobica respirazione cellulare. La respirazione cellulare è il termine per il modo in cui le cellule del tuo corpo producono energia dal cibo consumato. La catena di trasporto degli elettroni è il punto in cui viene generata la maggior parte delle celle di energia necessarie per operare. Questa "catena" è in realtà una serie di proteina complessi e molecole portatrici di elettroni all'interno della membrana interna della cellula mitocondri, noto anche come la centrale elettrica della cellula.

L'ossigeno è necessario per la respirazione aerobica poiché la catena termina con la donazione di elettroni all'ossigeno.

Key Takeaways: catena di trasporto degli elettroni

Mentre gli elettroni si muovono lungo una catena, il movimento o il momento viene utilizzato per creare trifosfato di adenosina (ATP). L'ATP è la principale fonte di energia per molti processi cellulari inclusi muscolo contrazione e divisione cellulare.

L'energia viene rilasciata durante il metabolismo cellulare quando lo è l'ATP idrolizzato. Ciò accade quando gli elettroni vengono fatti passare lungo la catena dal complesso proteico al complesso proteico fino a quando non vengono donati all'ossigeno formando acqua. L'ATP si decompone chimicamente in adenosina difosfato (ADP) reagendo con l'acqua. L'ADP è a sua volta utilizzato per sintetizzare l'ATP.

Più in dettaglio, poiché gli elettroni passano lungo una catena dal complesso proteico al complesso proteico, l'energia lo è gli ioni idrogeno e rilascio (H +) vengono pompati fuori dalla matrice mitocondriale (compartimento all'interno membrana) e nello spazio intermembrana (compartimento tra le membrane interna ed esterna). Tutta questa attività crea sia un gradiente chimico (differenza nella concentrazione della soluzione) sia un gradiente elettrico (differenza nella carica) attraverso la membrana interna. Man mano che un numero maggiore di ioni H + viene pompato nello spazio intermembrana, si costruirà la maggiore concentrazione di atomi di idrogeno su e ritorno alla matrice alimentando contemporaneamente la produzione di ATP da parte del complesso proteico ATP sintasi.

ATP sintasi utilizza l'energia generata dal movimento degli ioni H + nella matrice per la conversione di ADP in ATP. Questo processo di ossidazione delle molecole per generare energia per la produzione di ATP è chiamato ossidativo fosforilazione.

Il primo passo della respirazione cellulare è glicolisi. La glicolisi si verifica nel citoplasma e comporta la scissione di una molecola di glucosio in due molecole del composto chimico piruvato. In tutto, vengono generate due molecole di ATP e due molecole di NADH (alta energia, molecola portatrice di elettroni).

Il secondo passo, chiamato il ciclo dell'acido citrico o ciclo di Krebs, è quando il piruvato viene trasportato attraverso le membrane mitocondriali esterne ed interne nella matrice mitocondriale. Il piruvato viene ulteriormente ossidato nel ciclo di Krebs producendo altre due molecole di ATP, nonché NADH e FADH ₂ molecole. Elettroni di NADH e FADH₂ vengono trasferiti alla terza fase della respirazione cellulare, la catena di trasporto degli elettroni.

Ce ne sono quattro complessi proteici che fanno parte della catena di trasporto degli elettroni che funziona per far passare gli elettroni lungo la catena. Un quinto complesso proteico serve a trasportare idrogeno ioni di nuovo nella matrice. Questi complessi sono incorporati nella membrana mitocondriale interna.

NADH trasferisce due elettroni al Complesso I risultando in quattro H⁺ ioni pompati attraverso la membrana interna. NADH è ossidato a NAD⁺, che viene riciclato nuovamente in ciclo di Krebs. Gli elettroni vengono trasferiti dal complesso I a un ubiquinone molecolare (Q), che viene ridotto all'ubiquinolo (QH2). L'ubiquinolo trasporta gli elettroni nel complesso III.

FADH₂ trasferisce gli elettroni al Complesso II e gli elettroni vengono passati all'ubiquinone (Q). Q è ridotta a ubichinolo (QH2), che trasporta gli elettroni nel complesso III. No H.⁺ gli ioni vengono trasportati nello spazio intermembrana in questo processo.

Il passaggio degli elettroni al Complesso III guida il trasporto di altri quattro H⁺ ioni attraverso la membrana interna. Il QH2 viene ossidato e gli elettroni vengono passati ad un altro citocromo C.

Il citocromo C passa gli elettroni al complesso proteico finale nella catena, il Complesso IV. Due ore⁺ gli ioni vengono pompati attraverso la membrana interna. Gli elettroni vengono quindi passati dal complesso IV a un ossigeno (O₂) molecola, causando la divisione della molecola. Gli atomi di ossigeno risultanti catturano rapidamente H⁺ ioni per formare due molecole di acqua.

ATP sintasi si muove H⁺ gli ioni che venivano pompati fuori dalla matrice dalla catena di trasporto degli elettroni nella matrice. L'energia dall'afflusso di protoni nella matrice viene utilizzato per generare ATP dalla fosforilazione (aggiunta di un fosfato) di ADP. Il movimento degli ioni attraverso la membrana mitocondriale selettivamente permeabile e verso il basso il loro gradiente elettrochimico è chiamato chemiosmosi.

NADH genera più ATP di FADH₂. Per ogni molecola di NADH che è ossidata, 10 H⁺ gli ioni vengono pompati nello spazio intermembrana. Questo produce circa tre molecole di ATP. Perché FADH₂ entra nella catena in una fase successiva (Complesso II), solo sei H.⁺ gli ioni vengono trasferiti nello spazio intermembrana. Ciò rappresenta circa due molecole di ATP. Un totale di 32 molecole di ATP sono generate nel trasporto di elettroni e nella fosforilazione ossidativa.

• "Trasporto di elettroni nel ciclo energetico della cellula." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. "Trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa." Biologia cellulare molecolare. 4a edizione., US National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.