ELEKTRONTRANSPORTKEDJA: KOMPONENTER, SEKVENS, HÄMMARE - BIOLOGI - 2025

Den elektrontransportkedjan består av en uppsättning av proteinmolekyler och koenzymer inom ett membran. Som namnet antyder är den ansvarig för transporten av elektroner från koenzymerna NADH eller FADH2 till den slutliga receptorn som är O2 (molekylärt syre).

I denna transportprocess är energin som frigörs när elektronerna överförs från koenzymerna till det molekylära syret genom redoxcentra som är bundna till proteiner, associerad med energiproduktionen (ATP). Denna energi erhålls tack vare protongradienten som genereras i det inre mitokondriella membranet.

Källa: Användare: Rozzychan

Detta transportsystem består av olika komponenter som finns i minst två oxidationstillstånd. Var och en av dem reduceras och reoxideras effektivt under rörelsen av elektroner från NADH eller FADH2 till O2.

Koenzymema NAD + och FAD reduceras i fettsyraoxidationsvägarna och citronsyrecykeln som en följd av oxidationen av olika substrat. Dessa koenzym oxideras därefter i den elektroniska transportkedjan.

Så det elektroniska transportsystemet består av en sekvens av oxidationsreduktionsreaktioner som är anslutna till varandra.

Kedjekomponenter

Beroende på organisktyp kan 3 till 6 komponenter observeras som utgör elektrontransportkedjan. Processen för elektrontransport och syntes av ATP genom oxidativ fosforylering är processer som förekommer i ett membran.

När det gäller prokaryota celler (aeroba bakterier) förekommer dessa processer associerade med plasmamembranet. I eukaryota celler förekommer det i mitokondriell membran, så komponenterna i elektrontransport finns i membranets inre del.

Elektroner överförs gradvis genom fyra komplex som utgör den elektroniska transportkedjan.

Varje komplex har flera proteinkomponenter associerade med protetiska grupper (icke-aminosyrakomponenter av konjugerade proteiner) redox, vilket tillåter deras reduktionspotential att öka.

Dessutom består detta transportsystem av olika molekylära arter, såsom flavoproteiner; koenzym Q även kallad ubikinon (CoQ eller UQ); olika cytokromer såsom cytokrom b, c, cl, a och a3; proteiner med Fe-S-grupper och proteiner bundna till Cu. Dessa molekyler binder till membranet, med undantag av cytokrom c.

Komplex I

Komplex som jag kallade NADH-koenzymkino-oxidoreduktas, eller NADH-dehydrogenas, består av cirka 45 polypeptidkedjor och innehåller en flavinmononukleotid (FMN) molekyl och åtta till nio Fe-S-kluster. Som namnet antyder överför detta komplex ett par elektroner från koenzymet NADH till CoQ.

Funktionen av NADH-dehydrogenaskomplexet börjar med bindningen av NADH till komplexet på matrissidan av det inre mitokondriella membranet. Elektronerna transporteras sedan från NADH till FMN. Därefter passerar elektronerna från det reducerade flavinet (FMNH2) till proteinerna med Fe-S.

FMNH2 fungerar som en slags bro mellan NADH- och Fe-S-proteiner, eftersom den senare bara kan överföra en enda elektron, medan koenzymet NADH överför två, så att flaviner utför denna överföring av en enda elektron tack vare till dess redox-tillstånd av semikinon.

Slutligen överförs elektroner från Fe-S-klusterna till koenzym Q, som är en mobil elektronbärare med en isoprenoidsvans som gör den hydrofob, vilket gör att den kan korsa mitokondriellmembranets centrum.

Komplex II

Komplex II, bättre känt som succinatdehydrogenas, är ett integrerat protein i det inre mitokondriella membranet och är ett enzym som ingriper i citronsyrecykeln.

Detta komplex består av två hydrofila och två hydrofoba subenheter med heme b-grupper som tillhandahåller bindningsstället för CoQ, förutom ett flavoprotein och ett protein med Fe-S.

I citronsyrecykeln (Krebs eller trikarboxylsyracykel) omvandlas succinat till fumarat genom succinatdehydrogenas, vilket reducerar koenzymet FAD till FADH2. Från detta sista koenzym överförs elektronerna till Fe-S-centra som i sin tur överför dem till CoQ.

Under reaktionerna vid denna elektronöverföring är standardoxidpotentialen mycket låg, vilket förhindrar att den fria energin som behövs för att syntetisera ATP frigörs.

Detta betyder att komplex II är det enda komplexet i elektrontransportkedjan som inte kan tillhandahålla energi för ATP-syntes. Detta komplex är emellertid nyckeln till processen, eftersom det överför elektronerna från FADH2 till resten av kedjan.

Komplex III

Komplex III, cytokrom bc1-komplex eller CoQ cytokrom c-reduktas, överför elektroner från reducerat koenzym Q till cytokrom c. Denna överföring sker via en enda redoxväg, känd som Q-cykeln.

Detta komplex består av ett protein med Fe-S och tre olika cytokromer, i vilka järnatom som finns i hemgruppen varierar cykliskt mellan de reducerade (Fe2 +) och oxiderade (Fe3 +) tillstånden.

Cytokromer är elektrontransporthemoproteiner som har redoxaktivitet. De finns i alla organismer, med undantag för vissa obligatoriska anaerober.

Dessa proteiner har hemgrupper som växlar mellan två oxidationstillstånd (Fe2 + och Fe3 +). Cytokrom c är en mobil elektronbärare som är svagt associerad med mitokondriens inre membran.

De cytokromer som finns i detta komplex är cytokromer b, c och a, alla 3 är redoxaktiva proteiner med haegrupper med olika egenskaper, som växlar deras oxidationstillstånd mellan Fe2 + och Fe3 +.

Cytokrom c är ett perifert membranprotein som fungerar som en elektronisk "shuttle" med cytokrom c1 och komplex IV.

Komplex IV

Cytokrom c och O2 är de slutliga receptorerna för elektroner härledda från oxidation av organiskt material, så komplex IV eller cytokrom c-oxidas är det terminala enzymet i elektrontransportprocessen. Detta accepterar elektroner från cytokrom c och överför dem till O2-reduktionen.

Komplexets funktion är att katalysera oxidationer av en elektron av de fyra på varandra följande molekylerna med reducerad cytokrom c, det vill säga att det samtidigt reducerar fyra elektroner av en molekyl O2 och slutligen producerar två molekyler H2O.

Elektrontransportsekvens

Elektroner överförs från komplex I och II till komplex III tack vare koenzym Q, och därifrån passerar de till komplex IV genom cytokrom c. När elektronerna passerar genom dessa fyra komplex ökar de reduktionspotentialen och frigör energi, som sedan används för syntes av ATP.

Totalt orsakar överföringen av ett par elektroner förflyttning av 10 protoner genom membranet; fyra i komplex I och IV och två i komplex III.

NADH-dehydrogenas

Detta enzym katalyserar oxidationen av koenzym NADH av koenzym Q. Elektroner rör sig från NADH till FMN som är fäst vid den hydrofila svansen i komplex I. Kluster av Fe-S-överföringselektroner en åt gången. Dessa Fe-S-grupper reducerar CoQ, som är inbäddat i membranet, till ubiquinol (reducerat CoQ).

Under överföringen av elektroner till CoQ överförs i sin tur fyra protoner genom det inre membranet till intermembranutrymmet. Mekanismen genom vilken dessa protoner translokeras involverar proteiner belägna i den hydrofoba svansen i komplex I.

Elektronöverföringsprocessen i detta steg frisätter fri energi, specifikt -16,6 kcal / mol.

CoQ-cytokrom c-reduktas och cykel Q

Koenzym Q oxideras av cytokrom c, i en reaktion katalyserad av detta koenzym. Oxidationen av ubiquinol (reducerat CoQ) sker på ett visst ställe av komplexet (Qo eller oxidationsställe) i mitokondriell membran, och överför två elektroner, en till proteinet med Fe-S-grupperna och den andra till hemgrupperna.

I Q-cykeln producerar oxidationen av CoQ semikinon, det är där elektroner överförs till hemgrupperna bl och bh. När denna elektronöverföring sker oxideras en andra CoQ på Qo-stället, vilket upprepar cykeln.

Denna cykel orsakar överföring av två elektroner och i sin tur translokering av fyra protoner till intermembranutrymmet, med frisläppandet av -10,64 kcal / mol fri energi.

Cytokrom c-oxidas

Detta enzym (komplex IV) katalyserar oxidationen av cytokrom c (reducerad) med O2, som är den slutliga elektronacceptorn. Denna överföring producerar en H2O-molekyl för varje par elektroner som överförs utöver translokering av protoner genom membranet.

Elektronerna flyttar en efter en, från den reducerade cytokrom c till ett par CuA-joner, passerar sedan till en heme-grupp och når slutligen det binuclearcentrum av komplexet som innehåller CuB-joner och heme a3, där överföringen av fyra elektroner sker upp till syre.

I komplex IV överför elementen elektroner en efter en, så att O2 gradvis reduceras, så att frisättningen av vissa toxiska föreningar såsom superoxid, väteperoxid eller hydroxylradikaler inte inträffar.

Energin som frigörs i detta steg motsvarar -32 kcal / mol. Den elektrokemiska gradienten som genereras under överföringsprocessen och energiförändringarna (ΔE) orsakade av ett par elektroner när de passerar genom de fyra komplexen, motsvarar, i varje steg, den fria energin som är nödvändig för produktion av en ATP-molekyl.

Succinat dehydrogenas

Som nämnts har detta komplex den enda men viktiga funktionen att införa elektronerna från FADH2 från citronsyrecykeln till elektrontransportkedjan.

Detta enzym katalyserar oxidationen av koenzym FADH2 med koenzym Q (oxiderat). I citronsyrecykeln, när succinat oxideras till fumarat, överförs två elektroner och två protoner till FAD. Därefter överför FADH2 dessa elektroner till CoQ genom Fe-S-centra i komplexet.

Slutligen överförs elektronerna från CoQ till komplex III enligt de ovan beskrivna stegen.

Kedjans komplex är oberoende

De fyra komplexen som utgör den elektroniska transportkedjan är oberoende, det vill säga de finns och fungerar oberoende i det inre mitokondriella membranet, och rörelsen för vart och ett av dem i membranet beror inte på eller är kopplat till de andra komplexen.

Komplex I och II rör sig i membranet och överför sina elektroner till CoQ, som också diffunderar i membranet och överför dem till komplex III, varifrån elektronerna passerar till cytokrom c, som också är mobil i membranet och avsätter elektronerna i komplex IV.

Hämmare av den elektroniska transportkedjan

Vissa specifika hämmare verkar på den elektroniska transportkedjan som stör i dess process. Rotenon är ett vanligt använt insekticid som binder stökiometriskt till komplex I, vilket förhindrar reduktion av CoQ.

Vissa läkemedel av barbiturat-typ, såsom Piericidin och Amytal, hämmar komplex I, vilket stör störningen av elektroner från Fe-S-grupperna till CoQ.

I komplex II fungerar vissa föreningar såsom daoyltrifluoroaceton och malonat som konkurrerande hämmare med succinat, vilket förhindrar dess oxidation och i sin tur överföring av elektroner till FAD.

Vissa antibiotika, såsom myxotiazol och stigmatellin, binder till Q-bindningsställena i CoQ och hämmar överföringen av elektroner från koenzym Q till Fe-S-centra för proteiner.

Cyanid, azid (N3-), svavelsyra och kolmonoxid hämmar komplex IV. Dessa föreningar binder till hemgrupper och förhindrar överföring av elektroner till komplexets binukleära centrum eller till syre (O2).

Genom att hämma elektrontransportkedjan stoppas energiproduktionen genom oxidativ fosforylering, vilket orsakar allvarliga skador och till och med dödsfall för kroppen.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2004). Väsentlig cellbiologi. New York: Garland Science. 2: a upplagan.
2. Cooper, GM, Hausman, RE & Wright, N. (2010). Cellen. (sid. 397-402). Ed Marbán.
3. Devlin, TM (1992). Lärobok för biokemi: med kliniska korrelationer. John Wiley & Sons, Inc.
4. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biokemi. Ed Thomson Brooks / Cole.
5. Rawn, JD (1989). Biokemi (nr 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.