Door Christopher Robison Bijgewerkt op 30 augustus 2022

De elektronentransportketen (ETC) is de krachtcentrale van aerobe cellen en stuurt het grootste deel van de ATP-synthese aan via een reeks nauw gekoppelde redoxreacties. Terwijl elektronen langs het binnenmembraan van de mitochondriën bewegen, worden protonen in de intermembraanruimte gepompt, waardoor een proton-aandrijfkracht (PMF) ontstaat. Het PMF drijft vervolgens ATP-synthase aan, waardoor ADP en anorganisch fosfaat worden omgezet in de universele energievaluta van de cel.

De citroenzuurcyclus voedt de ETC

Centraal in de ETC staan de elektronendonors succinaat en nicotinamide-adenine-dinucleotide (NADH). Deze worden geproduceerd tijdens de citroenzuurcyclus (CAC), de metabolische hub die koolhydraten, vetten en eiwitten oxideert tot pyruvaat en acetyl-CoA. Elke draai van de CAC genereert zes NADH-moleculen en één succinaat, waardoor de metabolische flux rechtstreeks wordt gekoppeld aan de elektronentoevoer voor de ETC.

NADH en FADH₂

Binnen de mitochondriale matrix, NAD ⁺ accepteert een proton en twee elektronen om NADH te vormen. Het matrixgelokaliseerde Complex I (NADH-dehydrogenase) brengt deze elektronen over naar ubiquinon, waarbij tegelijkertijd vier protonen door het membraan worden gepompt en de PMF wordt versterkt. Een parallelle route omvat flavine-adenine-dinucleotide (FADH₂ ), dat elektronen doneert aan Complex II (succinaatdehydrogenase) zonder protonen te pompen, maar toch elektronen in de keten voedt.

Succinaat en QH₂

Tijdens de CAC wordt succinaat geoxideerd tot fumaraat, waardoor FADH₂ ontstaat dat ubiquinon reduceert tot ubiquinol (QH₂ ). QH₂ voedt vervolgens Complex III (cytochroom bc1-complex), dat extra protonen pompt en elektronen doorgeeft aan Complex IV (cytochroom c-oxidase). Complex IV voltooit het proces door elektronen over te dragen aan zuurstof, de terminale acceptor van de keten.

Zuurstof als terminale elektronenacceptor

Zuurstof is onmisbaar voor een efficiënte ATP-productie. Het accepteert elektronen in Complex IV, wordt gereduceerd tot water en verbruikt daarbij protonen. Bij gebrek aan zuurstof nemen cellen hun toevlucht tot anaërobe routes die veel minder ATP-moleculen opleveren.

ADP-, Pi- en ATP-synthese

Het hoogtepunt van de ETC is de synthese van ATP. De PMF drijft protonen terug de matrix in via ATP-synthase, waarbij naar schatting 3,5 protonen nodig zijn per gevormd ATP. ADP en anorganisch fosfaat (Pi) worden in de matrix geïmporteerd en de energie uit de protonenstroom drijft hun fosforylering aan, waardoor ATP wordt geproduceerd dat vrijwel alle cellulaire processen voedt.