Fig. 19.6. Lanțul transportor de electroni

Metabolism și nutriție (Biologie Barron's, p. 462)

Figura desenează lanțul transportor de electroni ca o scară care coboară de la stânga sus spre dreapta jos. Fiecare treaptă este un transportor, iar săgeata din stânga arată ce se întâmplă pe măsură ce coborâm: de la nivel energetic ridicat, în sus, la nivel energetic scăzut, în jos. Pe săgețile curbe dintre trepte, bilele mici, albastru închis, sunt electronii, iar bilele portocalii, mai mari, sunt protonii. Cele trei săgeți groase care ies în sus, marcate ATP, arată locurile unde energia eliberată ajunge pentru sinteza unei molecule de ATP, din ADP și fosfat (ADP+P). Transportul electronilor are loc de-a lungul cristelor mitocondriei, unde sunt localizate coenzimele și citocromii implicați în acest proces.

De unde vin electronii

În partea de sus, săgeata „Reacțiile glicolizei și ale ciclului Krebs” aduce pe prima treaptă 2 electroni și 2 protoni. În lanțul transportor de electroni sunt folosite moleculele de NADH și FADHX2\ce{FADH2}, rezultate din ciclul Krebs și glicoliză. Aceste molecule cedează electronii lor unei serii de pigmenți ce conțin fier (citocromi) și altor coenzime.

Cum coboară electronii, treaptă cu treaptă

Ordinea transportorilor, așa cum sunt desenați de sus în jos, este: NAD, FAD, citocromi Q, citocromi B, citocromi C, citocromi A, citocromi A₃ și, la capăt, citocromoxidaza și oxigenul. Citocromii și coenzimele își transferă electronii unul altuia și energia din electroni se pierde treptat, dar nu se risipește în mediul înconjurător.

Protonii și cele trei molecule de ATP

Energia rezultată din transferul electronilor este folosită pentru a pompa protoni prin membrana mitocondriei, din matrice în spațiul intermembranar. În desen, protonii pot fi urmăriți pe primele trepte. Perechea pornește ca „2 electroni, 2 protoni”, iar după prima treaptă este notată „2 electroni, 1 proton”. Pe treapta NAD i se alătură, printr-o linie punctată, un proton notat „Proton din matrice”, iar pe treapta FAD o săgeată duce doi protoni spre eticheta „Protoni către spațiul intermembranar”. Sub treapta FAD, pe scară coboară doar cei doi electroni. Cele trei linii orizontale care traversează scara, fiecare cu ADP+P scris dedesubt, marchează cele trei căderi de energie suficient de mari pentru a sintetiza câte o moleculă de ATP.

Capătul lanțului

Electronii transportați de citocromi și coenzime sunt în final preluați de oxigen printr-o reacție catalizată de enzima citocrom-oxidază. Primind doi electroni, atomii de oxigen devin încărcați electric negativ. Pentru a-și echilibra încărcătura electrică, oxigenul va prelua doi protoni din soluție (cei doi HX+\ce{H+} desenați în dreapta), formând astfel o moleculă de apă, iar HX2O\ce{H2O} apare la baza desenului. Așadar, apa este un produs rezidual important al metabolismului.

Oxigenul este receptorul final de electroni în lanțul transportor de electroni. Dacă el nu ar fi disponibil, electronii nu ar mai putea fi eliberați din coenzime și citocromi, pompa de protoni nu ar funcționa și ATP-ul nu s-ar mai putea produce. Energia adunată sub formă de gradient de protoni este folosită pentru sinteza moleculelor de ATP în procesul chemiosmozei (Figura 19.7).