La catena di trasporto degli elettroni (ETC) è un processo di reazione redox multifase che si verifica all'interno degli organelli cellulari specifici. Discutiamo in dettaglio la catena di trasporto degli elettroni di seguito.
La catena di trasporto degli elettroni avviene all'interno dei mitocondri negli eucarioti. Implica un'azione seriale di quattro complessi proteici per l'accoppiamento delle reazioni redox. Qui, viene creato un gradiente chimico utilizzando gli elettroni dei portatori di elettroni.
Il catabolismo delle molecole organiche rilascia elettroni che poi entrano nella catena e vengono eccitati dalla luce. Di conseguenza, viene prodotta energia.
Proteine coinvolte nella catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri
La catena di trasporto degli elettroni prevede l'uso di una serie di complessi multiproteici. Discutiamo di più sulle proteine coinvolte in questo processo.
Le proteine coinvolte nella catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri sono:
- Complesso I: è anche chiamato ubichinone ossidoreduttasi. È generalmente formato da FMN (flavin mononucleotide), otto cluster ferro-zolfo (Fe-S) e DADH deidrogenasi. Contribuisce con quattro ioni idrogeno nel processo ETC che vengono spostati dalla matrice allo spazio intermembrana dei mitocondri.
(NADH+H+) + CoQ + 4H+ (matrice) -> NAD+ +CoQH2+4H+
- Complesso II: è anche chiamato succinato deidrogenasi. Agisce come punto di ingresso secondario in ETC accettando elettroni dal succinato. Non è coinvolto nella traslocazione dei protoni e quindi meno molecole di ATP vengono rilasciate da questo percorso.
Succinato + FAD -> Fumarato + 2H+ + FADH2
FADH2 + CoQ -> FAD + CoQH2
- Coenzima Q: è composto da chinone e una coda idrofobica. È anche noto come ubichinone (CoQ). Il coenzima Q è un vettore di elettroni e aiuta anche a trasferire gli elettroni al complesso successivo della serie.
- Complesso III: questo complesso è formato da citocromo b, subunità di Rieske e subunità del citocromo c ed è anche chiamato citocromo c reduttasi. È coinvolto nel trasferimento di elettroni e può accettare solo elettroni singoli alla volta. Contribuisce a generare il gradiente elettronico contribuendo con quattro protoni alla fine del ciclo Q completo nello spazio intermembrana.
- Complesso IV: è anche noto come citocromo c ossidasi che ossida il citocromo c e quindi trasferisce gli elettroni all'ossigeno. È il vettore di elettroni finale nel processo della catena di trasporto degli elettroni. Contribuisce anche al gradiente protonico rilasciando quattro protoni nello spazio intermembrana.
2 citocromo c + ½ O2 + 4H+ -> 2 citocromo c + 1 H2O + 2H+
- Complesso V: è anche noto come ATP sintasi. Funziona nella sintesi dell'ATP utilizzando il gradiente protonico che si accumula nell'ETC attraverso la membrana interna dei mitocondri.
Le subunità f0 e f1 dell'ATP sintasi subiscono alcuni cambiamenti conformazionali che regolano la sintesi dell'ATP. Ogni quattro ioni H+ viene prodotta una molecola di ATP. Questa azione dell'ATP sintasi può anche essere invertita, consumando ATP per generare gradiente protonico. Questa azione inversa è stata osservata in alcuni batteri.
Dove si verifica la catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri?
I mitocondri sono l'organello centrale dove vengono condotti tutti i processi di generazione di energia. Vediamo in dettaglio dove catena di trasporto degli elettroni si verifica nei mitocondri.
La fosforilazione ossidativa e la catena di trasporto degli elettroni avvengono nella membrana mitocondriale interna. Una serie di complessi proteici incorporati nella membrana mitocondriale facilita il processo della catena di trasporto degli elettroni.
La membrana interna dei mitocondri contiene pieghe chiamate creste che aiutano ad aumentare la capacità dei mitocondri di sintetizzare le molecole di ATP. Le pieghe consentono il confezionamento di una maggiore quantità di ATP sintasi e altri enzimi ETC nei mitocondri.
Come avviene la catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri?
Il processo della catena di trasporto degli elettroni è attivamente regolato e altamente monitorato. Discutiamo di come avviene il processo all'interno dei mitocondri.
La catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri coinvolge l'azione collaborativa di quattro complessi che lavorano insieme nell'accoppiamento di reazioni redox e generano un gradiente elettrochimico che porta infine alla sintesi di ATP.
L'intero processo è indicato come fosforilazione ossidativa che coinvolge due processi di catena di trasporto degli elettroni e chemiosmosi. Si verifica in mitocondri e nei cloroplasti come parte della respirazione cellulare e della fotosintesi.
Quali sono le fasi della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri?
La catena di trasporto degli elettroni avviene in una serie di fasi altamente regolate all'interno dei mitocondri. Parliamo di questi passaggi in dettaglio.
Di seguito sono elencati i passaggi inclusi nella catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri:
Passaggio 1: il complesso I o NADH deidrogenasi entra in contatto con la molecola NADH e riceve due elettroni da essa dopo averla ossidata a NAD+. Dal complesso I vengono prodotti due idrogeni per molecole di NADH che vengono trasportati nello spazio intermembrana.
Passaggio 2: il complesso II ossida FADH2 in FAD e riceve due elettroni.
Passaggio 3: gli elettroni ricevuti dal complesso I e dal complesso II vengono trasferiti all'ubichinone, che è un vettore di elettroni.
Passaggio 4: l'ubichinone porta gli elettroni al complesso III che a sua volta pompa un idrogeno per elettrone fuori dalla matrice.
Passaggio 5: gli elettroni vengono spostati nella proteina citocromo c che porta gli elettroni al complesso IV.
Passaggio 6: il complesso IV è un accettore di elettroni che trasporta ossigeno. Questo complesso richiede quattro elettroni per la sua funzione. Crea due molecole d'acqua e pompa il resto dei protoni nello spazio intermembrana.
Passaggio 7: questo passaggio è l'ultimo passaggio del processo che prevede la formazione di ATP con l'aiuto dell'ATP sintasi e il processo è chiamato chemiosmosi.
La fase finale di questo processo di respirazione cellulare aerobica è la produzione di molecole di ATP che avviene all'interno dei mitocondri. Gli elettroni ad alta energia sono raccolti da NAD+ e FAD che aiutano nella conversione di ADP in ATP.
Funzioni della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri
La catena di trasporto degli elettroni è un processo significativo nei mitocondri. Discutiamo in dettaglio la sua importanza nei mitocondri.
Le funzioni della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri sono elencate di seguito:
- All'interno dei mitocondri, l'ETC produce un gradiente elettrochimico di protoni transmembrana.
- Partecipa attivamente alla produzione di molecole di adenosina trifosfato nei mitocondri.
- La catena di trasporto degli elettroni è la parte della fosforilazione ossidativa nella membrana mitocondriale eucariotica.
- La conservazione dell'energia sotto forma di gradiente chemiosmotico è lo scopo fondamentale della catena di trasporto degli elettroni.
Quanti ATP vengono prodotti nella catena di trasporto degli elettroni?
Il processo di ETP dà origine all'ATP alla fine. Vediamo il numero di ATP prodotto in questo processo.
All'interno della membrana interna dei mitocondri, la catena di trasporto degli elettroni produce circa 30-32 molecole di ATP nella fase finale sulla base degli studi più recenti.
Alla fine di questo processo, gli elettroni rilasciati dalle molecole NADH e FADH2 si traducono in una maggiore generazione di ATP. L'ossigeno viene utilizzato direttamente nel processo e alla fine viene convertito in acqua.
Conclusione
Per concludere l'articolo, possiamo dire che la catena di trasporto degli elettroni si verifica nella membrana interna dei mitocondri ed è fondamentale per generare il gradiente protonico e quindi l'energia sotto forma di molecole di ATP.
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