De elektronentransportketen (ETC) is het biochemische proces dat het grootste deel van de brandstof van een cel produceert in aerobe organismen. Dit omvat de opbouw van een proton-aandrijfkracht (PMF), die de productie mogelijk maakt van ATP, de belangrijkste katalysator van cellulaire reacties. De ETC is een reeks redoxreacties waarbij elektronen worden overgedragen van reactanten naar mitochondriale eiwitten. Dit geeft de eiwitten het vermogen om protonen over een elektrochemische gradiënt te bewegen, waardoor de PMF wordt gevormd.

De citroenzuurcyclus wordt naar de ETC-voeding geleid

De belangrijkste biochemische reactanten van de ETC zijn de elektrondonorsuccinaat en nicotinamide-adenine-dinucleotide-hydraat (NADH). Deze worden gegenereerd door een proces dat de citroenzuurcyclus (CAC) wordt genoemd. Vetten en suikers worden afgebroken tot eenvoudiger moleculen zoals pyruvaat, die vervolgens in het CAC worden gevoerd. De CAC ontdoet energie van deze moleculen om de elektron-dichte moleculen te produceren die nodig zijn door de ETC. De CAC produceert zes NADH-moleculen en overlapt met de ETC zelf wanneer het succinaat vormt, de andere biochemische reactant.

NADH en FADH2

De fusie van een elektron-arme precursormolecule genaamd nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD +) met een proton vormt NADH. NADH wordt geproduceerd in de mitochondriale matrix, het binnenste deel van het mitochondrion. De verschillende transporteiwitten van de ETC bevinden zich op het mitochondriale binnenmembraan, dat de matrix omringt. NADH doneert elektronen aan een klasse ETC-eiwitten, NADH dehydrogenases genaamd, ook bekend als Complex I. Dit breekt NADH terug naar NAD + en een proton, waarbij vier protonen tijdens het proces uit de matrix worden getransporteerd, waardoor de PMF toeneemt. Een ander molecuul, flavin adenine dinucleotide (FADH2), speelt een vergelijkbare rol als een elektronendonor.

Succinate en QH2

Het succinaatmolecuul wordt geproduceerd door een van de middelste stappen van het CAC en is vervolgens afgebroken tot fumaraat om de dihydrochinon (QH2) elektronendonor te helpen vormen. Dit deel van het CAC overlapt met de ETC: QH2 voedt een transporteiwit genaamd Complex III, dat werkt om extra protonen uit de mitochondriale matrix te verwijderen, waardoor de PMF toeneemt. Complex III activeert een extra complex genaamd Complex IV, dat nog meer protonen vrijgeeft. Dus de afbraak van succinaat tot fumaraat resulteert in de uitdrijving van talrijke protonen uit het mitochondrion door twee interacterende eiwitcomplexen.

Zuurstof

Cellen benutten energie door een reeks langzame, gecontroleerde verbrandingsreacties. Moleculen zoals pyruvaat en succinaat geven nuttige energie vrij wanneer ze worden verbrand in aanwezigheid van zuurstof. Elektronen in de ETC worden uiteindelijk doorgegeven aan zuurstof, die wordt gereduceerd tot water (H2O), en daarbij vier protonen absorbeert. Op deze manier werkt zuurstof als zowel een terminale elektronenontvanger (het is het laatste molecuul om de ETC-elektronen te krijgen) en een essentiële reactant. De ETC kan niet plaatsvinden in afwezigheid van zuurstof, dus zuurstofarme cellen maken gebruik van zeer inefficiënte anaërobe ademhaling.

ADP en Pi

Het uiteindelijke doel van de ETC is om de hoge energie te produceren molecule adenosine trifosfaat (ATP) om biochemische reacties te katalyseren. De precursors van ATP, adenosinedifosfaat (ADP) en anorganisch fosfaat (Pi) worden gemakkelijk in de mitochondriale matrix geïmporteerd. Er is een hoge energiereactie nodig om ADP en Pi samen te binden, en dat is waar de PMF werkt. Door protonen terug in de matrix te laten, wordt werkkracht opgewekt, waardoor de vorming van ATP uit zijn voorlopers wordt gedwongen. Er wordt geschat dat 3,5 waterstofatomen de matrix moeten binnengaan voor de vorming van elk ATP-molecuul