Elektronentransportkette und Energieerzeugung erklärt

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

Es ist der dritte Schritt der aeroben 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" besteht eigentlich aus einer Reihe von Proteinkomplexen und Elektronenträgermolekülen in der inneren Membran der Zellmitochondrien, die auch als Kraftwerk der Zelle bezeichnet wird.

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

Schlüsselfunktionen: Elektronentransportkette

• Die Elektronentransportkette ist eine Reihe von Proteinkomplexen und Elektronenträgermolekülen innerhalb der inneren Membran von Mitochondrien die ATP für Energie erzeugen.
• Elektronen werden entlang der Kette von Proteinkomplex zu Proteinkomplex geleitet, bis sie an Sauerstoff abgegeben werden. Während des Durchgangs von Elektronen werden Protonen aus dem gepumpt Mitochondriale Matrix über die innere Membran und in den Zwischenmembranraum.
• Die Akkumulation von Protonen im Zwischenmembranraum erzeugt einen elektrochemischen Gradienten, der bewirkt, dass Protonen über die ATP-Synthase den Gradienten hinunter und zurück in die Matrix fließen. Diese Bewegung von Protonen liefert die Energie für die Produktion von ATP.
• Die Elektronentransportkette ist der dritte Schritt von aerobe Zellatmung. Die Glykolyse und der Krebszyklus sind die ersten beiden Schritte der Zellatmung.

Wie Energie entsteht

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

Adenosintriphosphat (ATP) ist eine organische Chemikalie, die Energie für die Zelle liefert. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Während des Zellstoffwechsels wird Energie freigesetzt, wenn ATP hydrolysiert wird. 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.

Wenn Elektronen entlang einer Kette von Proteinkomplex zu Proteinkomplex geleitet werden, wird Energie freigesetzt und Wasserstoffionen (H +) werden aus der Mitochondrienmatrix (Kompartiment innerhalb der inneren Membran) in den Zwischenmembranraum (Kompartiment zwischen der Membran) gepumpt innere und äußere Membranen). 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. Wenn mehr H + -Ionen in den Zwischenmembranraum gepumpt werden, baut sich die höhere Konzentration an Wasserstoffatomen auf und fließt zur Matrix zurück, wodurch gleichzeitig die ATP-Produktion durch die ATP-Synthase des Proteinkomplexes angetrieben wird.

Die ATP-Synthase nutzt die aus der Bewegung von H + -Ionen in die Matrix erzeugte Energie für die Umwandlung von ADP in ATP. Dieser Prozess der Oxidation von Molekülen zur Erzeugung von Energie zur Herstellung von ATP wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet.

Die ersten Schritte der Zellatmung

Zellatmung ist eine Reihe von Stoffwechselreaktionen und Prozessen, die in den Zellen von Organismen stattfinden, um biochemische Energie aus Nährstoffen in Adenosintriphosphat (ATP) umzuwandeln und dann Abfallprodukte freizusetzen. Normaals / iStock / Getty Images Plus

Der erste Schritt der Zellatmung ist die Glykolyse. Die Glykolyse findet im Zytoplasma statt und beinhaltet die Aufspaltung eines Glucosemoleküls in zwei Moleküle der chemischen Verbindung Pyruvat. Insgesamt werden zwei Moleküle ATP und zwei Moleküle NADH (hochenergetisches, elektronentragendes Molekül) erzeugt.

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

Proteinkomplexe in der Kette

Es gibt vier Proteinkomplexe, die Teil der Elektronentransportkette sind und dazu dienen, Elektronen durch die Kette zu leiten. Ein fünfter Proteinkomplex dient zum Rücktransport von Wasserstoffionen in die Matrix. Diese Komplexe sind in die innere Mitochondrienmembran eingebettet. 

Abbildung der Elektronentransportkette mit oxidativer Phosphorylierung. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Komplex I

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

Komplex II

FADH₂ überträgt Elektronen zum 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 intermembranraum transportiert.