Pengertian Rantai transpor elektron dan tahapannya

Mitokondria memiliki dua membran, membran dalam dan membran luar. Membran dalam jauh lebih besar dari membran luar, tetapi terhubung ke lipatan dalam yang disebut krista. Di antara membran dalam dan luar ada ruang intermembran dan ruang di dalam membran dalam disebut matriks, yang berisi enzim dan reagen lainnya.

Membran luar permeabel terhadap molekul lain, karena mengandung porin mitokondria, yang merupakan protein pembentuk pori. Membran bagian dalam memiliki membran kedap terhadap sebagian besar ion dan molekul polar dan hanya permeabel untuk ATP, piruvat dan sitrat karena transporter metabolit.

Rantai transpor elektron adalah sekelompok protein yang mentranspor elektron melalui membran dalam mitokondria untuk membentuk gradien proton yang mendorong penciptaan adenosin trifosfat (ATP). ATP digunakan oleh sel sebagai energi untuk proses metabolisme untuk fungsi seluler.

Pengertian

Rantai transpor elektron (atau RTE) adalah proses di mana NADH dan [FADH2] dihasilkan selama glikolisis, B-oksidasi, dan proses katabolik lainnya teroksidasi sehingga melepaskan energi dalam bentuk ATP. Mekanisme yang ATP terbentuk dalam rantai transpor elektron disebut fosforilasi kemiosmotik.

Produk sampingan dari proses katabolik kebanyakan NADH dan [FADH2] yang merupakan bentuk pengurangan (reduksi). Proses metabolisme menggunakan NADH dan [FADH2] untuk mengangkut elektron dalam bentuk ion hidrida (H-). Elektron ini melewati dari NADH atau [FADH2] untuk pembawa elektron terikat membran yang kemudian diteruskan kepada pembawa elektron lain sampai mereka akhirnya diberikan kepada oksigen yang mengakibatkan produksi air.

Saat elektron berlalu dari satu operator elektron ke yang lain ion hidrogen diangkut ke ruang antarmembran di tiga titik-titik tertentu dalam rantai. Pengangkutan ion hidrogen menciptakan konsentrasi yang lebih besar dari ion hidrogen dalam ruang antarmembran dibandingkan dalam matriks yang kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan ATP Sintase dan menghasilkan ATP (molekul energi tinggi).

Di mana rantai transpor elektron terjadi?

Selama proses tersebut, gradien proton dibuat ketika proton dipompa dari matriks mitokondria ke dalam ruang antar-sel sel, yang juga membantu dalam mendorong produksi ATP. Seringkali, penggunaan gradien proton disebut sebagai mekanisme chemiosmotic yang menggerakkan sintesis ATP karena ia bergantung pada konsentrasi proton yang lebih tinggi untuk menghasilkan “kekuatan motif proton”. Jumlah ATP yang dibuat berbanding lurus dengan jumlah proton yang dipompa melintasi membran mitokondria bagian dalam.

Rantai transpor elektron melibatkan serangkaian reaksi redoks yang bergantung pada kompleks protein untuk mentranspor elektron dari molekul donor ke molekul akseptor. Sebagai hasil dari reaksi-reaksi ini, gradien proton dihasilkan, memungkinkan kerja mekanik diubah menjadi energi kimia, memungkinkan sintesis ATP. Kompleks tersebut tertanam dalam membran mitokondria bagian dalam yang disebut krista dalam eukariota. Tertutup oleh membran mitokondria bagian dalam adalah matriks, di mana enzim yang diperlukan seperti piruvat dehidrogenase dan piruvat karboksilase berada. Prosesnya juga dapat ditemukan dalam eukariota fotosintesis dalam membran tylakoid kloroplas dan prokariota, tetapi dengan modifikasi.

Produk samping dari siklus dan proses lain, seperti siklus asam sitrat, oksidasi asam amino, dan oksidasi asam lemak, digunakan dalam rantai transpor elektron. Seperti yang terlihat pada reaksi redoks keseluruhan,

2 H+ + 2 e+ + ½ O2 → H2O + energi

energi dilepaskan dalam reaksi eksotermik ketika elektron melewati kompleks; tiga molekul ATP dibuat. Fosfat yang terletak di matriks diimpor melalui gradien proton, yang digunakan untuk membuat lebih banyak ATP. Proses menghasilkan lebih banyak ATP melalui fosforilasi ADP disebut fosforilasi oksidatif karena energi hidrogenasi oksigen digunakan di seluruh rantai transpor elektron. ATP yang dihasilkan dari reaksi ini menjalankan sebagian besar reaksi seluler yang diperlukan untuk kehidupan.

Tahapan Rantai Transpor Elektron

  • I (NADH-ubiquinone oxidioreductase): Sebuah protein integral yang menerima elektron dalam bentuk ion hidrida dari NADH dan melewati mereka ke ubiquinone
  • II (suksinat-ubiquinone oxidioreductase alias dehidrogenase suksinat dari siklus TCA): Sebuah protein perifer yang menerima elektron dari suksinat (perantara metabolit siklus TCA) untuk menghasilkan fumarat dan [FADH2]. Dari suksinat elektron diterima oleh [FAD] (kelompok prostetik protein) yang kemudian menjadi [FADH2]. Elektron tersebut kemudian dilewatkan ke ubiquinone.
  • Q (Ubiquinone / ubiquinol): Ubiquinone (bentuk teroksidasi molekul) menerima elektron dari beberapa operator yang berbeda, dari I, II, dehidrogenase Gliserol-3-fosfat, dan ETF. Sekarang bentuk tereduksi (ubiquinol) yang melewati elektronnya pergi ke III.
  • III (ubiquinol-sitokrom c oxidioreductase): Sebuah protein integral yang menerima elektron dari ubiquinol yang kemudian diteruskan ke sitokrom c
  • IV (sitokrom c oksidase): Sebuah protein integral yang yang menerima elektron dari sitokrom c dan mentransfernya ke oksigen untuk menghasilkan air dalam matriks mitokondria.
  • ATP Synthas: Sebuah protein terpisahkan terdiri dari beberapa subunit yang berbeda. Protein ini bertanggung jawab langsung untuk produksi ATP melalui phosphorolation kemiosmotik. Ia menggunakan gradien proton yang dibuat oleh beberapa operator lain di ETC untuk menggerakkan rotor mekanis. Energi dari rotor yang kemudian digunakan untuk phosphorolate ADT menjadi ATP.
  • ETF (Elektron-transfer flavoprotein) dehidrogenase: Ini protein perifer terletak di sisi matriks dari membran dalam merupakan bagian siklus B-oksidasi. Elektron dari asil-CoA yang disumbangkan ke flavoprotien-transpor elektron yang kemudian ditransfer ke ETF (Elektron-transfer flavoprotein) dehidrogenase dalam bentuk [FADH2]. ETF dehidrogenase kemudian melewati mereka elektron dari [FADH2] untuk ubiquinone dan melalui RTE.
  • Dehydrogenas gliserol-3-fosfat: Ini protein perifer terletak di sisi ruang antarmembran dari membran dalam merupakan bagian dari sistem transportasi gliserol-3-fosfat. Ia menerima sebuah proton dari gliserol-3-fosfat ke [FAD] kelompok prostetik yang menghasilkan [FADH2]. Dari [FADH2] elektron tersebut kemudian diberikan kepada ubiquinone dan melalui RTE.

Dalam rantai transpor elektron, elektron bergerak di sepanjang serangkaian protein untuk menghasilkan gaya tipe pengusiran untuk memindahkan ion hidrogen, atau proton, melintasi membran mitokondria. Elektron memulai reaksi mereka di Kompleks I, berlanjut ke Kompleks II, dilintasi ke Kompleks III dan sitokrom c melalui koenzim Q, dan akhirnya ke Kompleks IV.

Kompleks itu sendiri adalah protein terstruktur kompleks yang tertanam dalam membran fosfolipid. Mereka dikombinasikan dengan ion logam, seperti besi, untuk membantu pengusiran proton ke ruang antarmembran serta fungsi lainnya. Kompleks juga mengalami perubahan konformasi untuk memungkinkan bukaan untuk pergerakan transmembran proton.

Keempat kompleks ini secara aktif mentranspor elektron dari metabolit organik, seperti glukosa. Ketika metabolit rusak, dua elektron dan ion hidrogen dilepaskan dan kemudian diambil oleh koenzim NAD + untuk menjadi NADH, melepaskan ion hidrogen ke dalam sitosol.

NADH sekarang memiliki dua elektron yang meneruskannya ke molekul yang lebih mobile, ubiquinone (Q), di kompleks protein pertama (Kompleks I). Kompleks I, juga dikenal sebagai NADH dehidrogenase, memompa empat ion hidrogen dari matriks ke ruang antarmembran, membentuk gradien proton. Dalam protein berikutnya,

Kompleks II atau suksinat dehidrogenase, pembawa elektron lain dan koenzim, suksinat dioksidasi menjadi fumarat, menyebabkan FAD (flavin-adenin dinukleotida) dikurangi menjadi FADH2. Molekul transport, FADH2 kemudian dioksidasi ulang, menyumbangkan elektron ke Q (menjadi QH2), sambil melepaskan ion hidrogen lain ke dalam sitosol. Sementara Kompleks II tidak secara langsung berkontribusi pada gradien proton, ia berfungsi sebagai sumber lain untuk elektron.

Kompleks III, atau sitokrom c reduktase, adalah tempat siklus Q berlangsung. Ada interaksi antara Q dan sitokrom, yang merupakan molekul yang terdiri dari besi, untuk melanjutkan transpor elektron. Selama siklus Q, ubiquinol (QH2) sebelumnya menghasilkan donasi elektron ke ISP dan cytochrome b menjadi ubiquinone. ISP dan sitokrom b adalah protein yang terletak di matriks yang kemudian mentranspor elektron yang diterima dari ubiquinol ke sitokrom c1. Sitokrom c1 kemudian memindahkannya ke sitokrom c, yang memindahkan elektron ke kompleks terakhir. (Catatan: Tidak seperti ubiquinone (Q), cytochrome c hanya dapat membawa satu elektron pada satu waktu). Ubiquinone kemudian dikurangi lagi menjadi QH2, memulai kembali siklus. Dalam proses tersebut, ion hidrogen lain dilepaskan ke dalam sitosol untuk selanjutnya membuat gradien proton.

Sitokrom kemudian meluas ke Kompleks IV, atau sitokrom c oksidase. Elektron ditransfer satu per satu ke kompleks dari sitokrom c. Elektron, selain hidrogen dan oksigen, kemudian bereaksi membentuk air dalam reaksi yang tidak dapat diubah. Ini adalah kompleks terakhir yang mentranslokasi empat proton melintasi membran untuk membuat gradien proton yang mengembangkan ATP pada akhirnya.

Ketika gradien proton terbentuk, F1F0 ATP synthase, kadang-kadang disebut sebagai Kompleks V, menghasilkan ATP. Kompleks ini terdiri dari beberapa subunit yang berikatan dengan proton yang dilepaskan pada reaksi sebelumnya. Saat protein berputar, proton dibawa kembali ke matriks mitokondria, memungkinkan ADP untuk mengikat fosfat bebas untuk menghasilkan ATP. Untuk setiap putaran penuh protein, tiga ATP diproduksi, menyimpulkan rantai transpor elektron.

Arus elektron

Perlu dicatat dari diagram di bawah ini yang ubiquinone (pembawa hidrofobik yang berada dalam membran) menerima elektron dari beberapa pembawa elektron yang berbeda. Sitokrom c (dengan pembawa hidrofilik ditemukan dalam ruang antarmembran) di sisi lain hanya transpor elektron dari III sampai IV. Penggerak RTE adalah kenyataan bahwa setiap pembawa elektron memiliki potensial reduksi standar yang lebih tinggi daripada yang ia menerima elektron dari. Potensial reduksi standar adalah ukuran dari kemampuan untuk menerima atau menyumbangkan elektron. Oksigen memiliki potensial reduksi tertinggi (paling positif) standar yang berarti yang paling mungkin untuk menerima elektron dari operator lain. Itulah tepatnya mengapa ditemukan pada akhir ETC.

Gaya Motif Proton

Gaya motif Proton mengacu pada energi yang diperoleh dari gradien proton yang dibuat oleh beberapa pembawa elektron. Hanya tiga dari empat pembawa elektron disebutkan mampu mengangkut proton dari matriks ke ruang antarmembran: I, III, dan IV. Ini adalah ini gradien proton yang mendorong phosphorolation ADP menjadi ATP serta beberapa sistem transportasi penting lainnya. Sebagaimana konsentrasi proton menumpuk di ruang antarmembran gradien dibuat dan proton yang diangkut dari tinggi ke konsentrasi rendah. Energi dari transfer proton digunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP meskipun phosphorolation. ATP sintase adalah protein yang bertanggung jawab untuk ADP phosphorolation.

Hal ini juga penting untuk konsentrasi yang tepat dari substrat untuk dipertahankan dalam dan tanpa mitokondria untuk memungkinkan phosphorolation kemiosmotik. Dua jenis utama dari protein yang bertanggung jawab untuk menjaga konsentrasi substrat yang tepat adalah symporters piruvat dan fosfat dan ADP / ATP antiporters.

Related Posts