Elektronentransportkette und Energieerzeugung

In der Zellbiologie ist die Elektronentransportkette ist einer der Schritte in den Prozessen Ihrer Zelle, die Energie aus den Lebensmitteln erzeugen, die Sie essen.

Es ist der dritte Schritt der Aerobic Zellatmung. Zellatmung ist der Begriff dafür, wie die Zellen Ihres Körpers Energie aus der aufgenommenen Nahrung gewinnen. In der Elektronentransportkette werden die meisten Energiezellen erzeugt, die zum Betrieb benötigt werden. Diese "Kette" ist eigentlich eine Reihe von Protein Komplexe und Elektronenträgermoleküle in der inneren Membran der Zelle Mitochondrien, auch als Kraftwerk der Zelle bekannt.

Für die aerobe Atmung wird Sauerstoff benötigt, da die Kette mit der Abgabe von Elektronen an Sauerstoff endet.

Wichtige Erkenntnisse: Elektronentransportkette

Wenn sich Elektronen entlang einer Kette bewegen, wird die Bewegung oder der Impuls verwendet, um zu erzeugen Adenosintriphosphat (ATP). ATP ist die Hauptenergiequelle für viele zelluläre Prozesse, einschließlich Muskel Kontraktion und Zellteilung.

Energie wird während des Zellstoffwechsels freigesetzt, wenn ATP vorhanden ist hydrolysiert. Dies geschieht, wenn Elektronen entlang der Kette von Proteinkomplex zu Proteinkomplex geleitet werden, bis sie an sauerstoffbildendes Wasser abgegeben werden. ATP zersetzt sich chemisch zu Adenosindiphosphat (ADP) durch Reaktion mit Wasser. ADP wird wiederum zur Synthese von ATP verwendet.

Genauer gesagt, wenn Elektronen entlang einer Kette von Proteinkomplex zu Proteinkomplex geleitet werden, ist Energie freigesetzt und Wasserstoffionen (H +) werden aus der mitochondrialen Matrix (Kompartiment innerhalb des Inneren) gepumpt Membran) und in den Zwischenmembranraum (Kompartiment zwischen Innen- und Außenmembran). All diese Aktivitäten erzeugen sowohl einen chemischen Gradienten (Unterschied in der Lösungskonzentration) als auch einen elektrischen Gradienten (Unterschied in der Ladung) über die innere Membran. Je mehr H + -Ionen in den Zwischenmembranraum gepumpt werden, desto höher ist die Konzentration an Wasserstoffatomen hoch und zurück zur Matrix fließen, um gleichzeitig die Produktion von ATP durch den Proteinkomplex ATP anzutreiben Synthase.

Die ATP-Synthase nutzt die Energie, die durch die Bewegung von H + -Ionen in die Matrix erzeugt wird, zur Umwandlung von ADP in ATP. Dieser Prozess der Oxidation von Molekülen zur Erzeugung von Energie für die Produktion von ATP wird als oxidativ bezeichnet Phosphorylierung.

Der erste Schritt der Zellatmung ist Glykolyse. Glykolyse tritt in der Zytoplasma und beinhaltet die Aufspaltung eines Moleküls Glucose in zwei Moleküle der chemischen Verbindung Pyruvat. Insgesamt werden zwei ATP-Moleküle und zwei NADH-Moleküle (hochenergetisches, elektronentragendes Molekül) erzeugt.

Der zweite Schritt, genannt Zitronensäurezyklus oder Krebszyklus ist, wenn Pyruvat über die äußere und innere Mitochondrienmembran in die Mitochondrienmatrix transportiert wird. Pyruvat wird im Krebszyklus weiter oxidiert, wobei zwei weitere ATP-Moleküle sowie NADH und FADH entstehen ₂ Moleküle. Elektronen von NADH und FADH₂ werden auf den dritten Schritt der Zellatmung, die Elektronentransportkette, übertragen.

Es gibt vier Proteinkomplexe das ist Teil der Elektronentransportkette, die Elektronen durch die Kette leitet. Ein fünfter Proteinkomplex dient zum Transport von Wasserstoff Ionen zurück in die Matrix. Diese Komplexe sind in die innere Mitochondrienmembran eingebettet.

NADH überträgt zwei Elektronen auf den Komplex I, was zu vier H führt⁺ Ionen werden durch die innere Membran gepumpt. NADH wird zu NAD oxidiert⁺, die wieder in die recycelt wird Krebs Zyklus. Elektronen werden vom Komplex I auf ein Trägermolekül Ubichinon (Q) übertragen, das zu Ubichinol (QH2) reduziert wird. Ubichinol transportiert die Elektronen zum Komplex III.

FADH₂ überträgt Elektronen auf Komplex II und die Elektronen werden an Ubichinon (Q) weitergeleitet. Q wird zu Ubichinol (QH2) reduziert, das die Elektronen zum Komplex III transportiert. Nein H.⁺ Dabei werden Ionen in den Zwischenmembranraum transportiert.

Der Durchgang von Elektronen zum Komplex III treibt den Transport von vier weiteren H an⁺ Ionen über die innere Membran. QH2 wird oxidiert und Elektronen werden an ein anderes Elektronenträgerprotein Cytochrom C weitergeleitet.

Cytochrom C leitet Elektronen an den endgültigen Proteinkomplex in der Kette, Komplex IV, weiter. Zwei H.⁺ Ionen werden durch die innere Membran gepumpt. Die Elektronen werden dann vom Komplex IV zu einem Sauerstoff (O) geleitet₂) Molekül, wodurch sich das Molekül spaltet. Die resultierenden Sauerstoffatome greifen schnell nach H.⁺ Ionen, um zwei Wassermoleküle zu bilden.

ATP-Synthase bewegt H.⁺ Ionen, die von der Elektronentransportkette aus der Matrix zurückgepumpt wurden, zurück in die Matrix. Die Energie aus dem Zustrom von Protonen in die Matrix wird verwendet, um ATP durch Phosphorylierung (Zugabe eines Phosphats) von ADP zu erzeugen. Die Bewegung von Ionen über die selektiv durchlässige Mitochondrienmembran und entlang ihres elektrochemischen Gradienten wird als Chemiosmose bezeichnet.

NADH erzeugt mehr ATP als FADH₂. Für jedes oxidierte NADH-Molekül 10 H.⁺ Ionen werden in den Zwischenmembranraum gepumpt. Dies ergibt ungefähr drei ATP-Moleküle. Weil FADH₂ tritt zu einem späteren Zeitpunkt in die Kette ein (Komplex II), nur sechs H.⁺ Ionen werden in den Zwischenmembranraum übertragen. Dies macht etwa zwei ATP-Moleküle aus. Beim Elektronentransport und der oxidativen Phosphorylierung werden insgesamt 32 ATP-Moleküle erzeugt.

• "Elektronentransport im Energiezyklus der Zelle." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey et al. "Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung." Molekulare Zellbiologie. 4. Auflage., US National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.