Catena di trasporto di elettroni
La catena di trasporto di elettroni utilizza gli elettroni dei portatori di elettroni per creare un gradiente chimico che può essere utilizzato per alimentare la fosforilazione ossidativa.,
Obiettivi di Apprendimento
Descrivere come gli elettroni si muovono attraverso la catena di trasporto degli elettroni
Takeaway Chiave
Punti Chiave
- la fosforilazione Ossidativa è la via metabolica in cui gli elettroni vengono trasferiti da donatori di elettroni di accettori di elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione; questa serie di reazioni libera energia che viene utilizzato per formare ATP.
- Ci sono quattro complessi proteici (etichettati complessi I-IV) nella catena di trasporto degli elettroni, che sono coinvolti nello spostamento degli elettroni da NADH e FADH2 all’ossigeno molecolare.,
- Il complesso I stabilisce il gradiente di ioni idrogeno pompando quattro ioni idrogeno attraverso la membrana dalla matrice nello spazio intermembrana.
- Il complesso II riceve FADH2, che bypassa il complesso I e fornisce elettroni direttamente alla catena di trasporto degli elettroni.
- L’ubiquinone (Q) accetta gli elettroni sia dal complesso I che dal complesso II e li consegna al complesso III.
- Il complesso III pompa i protoni attraverso la membrana e passa i suoi elettroni al citocromo c per il trasporto al quarto complesso di proteine ed enzimi.,
- Il complesso IV riduce l’ossigeno; l’ossigeno ridotto preleva quindi due ioni idrogeno dal mezzo circostante per produrre acqua.
Termini chiave
- gruppo protesico: la componente non proteica di una proteina coniugata.
- complesso: Una struttura costituita da un atomo centrale, molecola o proteina debolmente collegato agli atomi circostanti, molecole o proteine.
- ubiquinone: una sostanza liposolubile che è un componente della catena di trasporto degli elettroni e accetta elettroni dai complessi I e II.,
La fosforilazione ossidativa è un metodo altamente efficiente per produrre grandi quantità di ATP, l’unità di base dell’energia per i processi metabolici. Durante questo processo gli elettroni vengono scambiati tra le molecole, il che crea un gradiente chimico che consente la produzione di ATP. La parte più vitale di questo processo è la catena di trasporto degli elettroni, che produce più ATP di qualsiasi altra parte della respirazione cellulare.,
Catena di trasporto di elettroni
La catena di trasporto di elettroni è il componente finale della respirazione aerobica ed è l’unica parte del metabolismo del glucosio che utilizza l’ossigeno atmosferico. Il trasporto di elettroni è una serie di reazioni redox che assomigliano a una staffetta. Gli elettroni vengono passati rapidamente da un componente all’altro all’endpoint della catena, dove gli elettroni riducono l’ossigeno molecolare, producendo acqua. Questo requisito di ossigeno nelle fasi finali della catena può essere visto nell’equazione generale per la respirazione cellulare, che richiede sia glucosio che ossigeno.,
Un complesso è una struttura costituita da un atomo centrale, molecola o proteina debolmente collegato agli atomi circostanti, molecole o proteine. La catena di trasporto di elettroni è un’aggregazione di quattro di questi complessi (etichettati da I a IV), insieme ai vettori di elettroni mobili associati. La catena di trasporto degli elettroni è presente in più copie nella membrana mitocondriale interna degli eucarioti e nella membrana plasmatica dei procarioti.,
La catena di trasporto degli elettroni: La catena di trasporto degli elettroni è una serie di trasportatori di elettroni incorporati nella membrana mitocondriale interna che trasporta elettroni da NADH e FADH2 all’ossigeno molecolare. Nel processo, i protoni vengono pompati dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana e l’ossigeno viene ridotto per formare acqua.
Complesso I
Per iniziare, due elettroni vengono trasportati al primo complesso a bordo di NADH., Il complesso I è composto da flavina mononucleotide (FMN) e un enzima contenente ferro-zolfo (Fe-S). FMN, che è derivato dalla vitamina B2 (chiamata anche riboflavina), è uno dei diversi gruppi protesici o co-fattori nella catena di trasporto degli elettroni. Un gruppo protesico è una molecola non proteica necessaria per l’attività di una proteina. I gruppi protesici possono essere organici o inorganici e sono molecole non peptidiche legate a una proteina che ne facilitano la funzione.
I gruppi protesici includono i co-enzimi, che sono i gruppi protesici di enzimi., L’enzima nel complesso I è NADH deidrogenasi, una proteina molto grande contenente 45 catene di aminoacidi. Complesso I può pompare quattro ioni idrogeno attraverso la membrana dalla matrice nello spazio intermembrana; è in questo modo che il gradiente di ioni idrogeno viene stabilito e mantenuto tra i due compartimenti separati dalla membrana mitocondriale interna.
Q e Complesso II
Il complesso II riceve direttamente FADH2, che non passa attraverso il complesso I. Il composto che collega il primo e il secondo complesso al terzo è l’ubiquinone (Q)., La molecola Q è lipidica solubile e si muove liberamente attraverso il nucleo idrofobo della membrana. Una volta ridotto a QH2, l’ubiquinone trasporta i suoi elettroni al complesso successivo nella catena di trasporto degli elettroni. Q riceve gli elettroni derivati da NADH dal complesso I e gli elettroni derivati da FADH2 dal complesso II, inclusa la succinato deidrogenasi. Questo enzima e FADH2 formano un piccolo complesso che fornisce elettroni direttamente alla catena di trasporto degli elettroni, bypassando il primo complesso., Poiché questi elettroni bypassano, e quindi non eccitano, la pompa protonica nel primo complesso, meno molecole di ATP sono fatte dagli elettroni FADH2. Il numero di molecole di ATP ottenute in definitiva è direttamente proporzionale al numero di protoni pompati attraverso la membrana mitocondriale interna.
Complesso III
Il terzo complesso è composto da citocromo b, un’altra proteina Fe-S, centro Rieske (centro 2Fe-2S) e proteine del citocromo c; questo complesso è anche chiamato citocromo ossidoreduttasi. Le proteine del citocromo hanno un gruppo eme protesico., La molecola dell’eme è simile all’eme nell’emoglobina, ma trasporta elettroni, non ossigeno. Di conseguenza, lo ion ferro al suo nucleo viene ridotto e ossidato mentre passa gli elettroni, fluttuando tra diversi stati di ossidazione: Fe2 +(ridotto) e Fe3+ (ossidato). Le molecole di eme nei citocromi hanno caratteristiche leggermente diverse a causa degli effetti delle diverse proteine che li legano, il che rende ogni complesso. Il complesso III pompa i protoni attraverso la membrana e passa i suoi elettroni al citocromo c per il trasporto al quarto complesso di proteine ed enzimi., Il citocromo c è l’accettore di elettroni da Q; tuttavia, mentre Q trasporta coppie di elettroni, il citocromo c può accettarne solo uno alla volta.
Complesso IV
Il quarto complesso è composto da proteine del citocromo c, a e a3. Questo complesso contiene due gruppi eme (uno in ciascuno dei citocromi a e a3) e tre ioni di rame (una coppia di CuA e un CuB nel citocromo a3). I citocromi tengono una molecola di ossigeno molto strettamente tra gli ioni ferro e rame fino a quando l’ossigeno è completamente ridotto., L’ossigeno ridotto preleva quindi due ioni idrogeno dal mezzo circostante per produrre acqua (H2O). La rimozione degli ioni idrogeno dal sistema contribuisce anche al gradiente ionico utilizzato nel processo di chemiosmosi.