A cadeia de transporte de elétrons (ETC) é o processo bioquímico que produz a maior parte do combustível de uma célula em organismos aeróbicos. Isso envolve o acúmulo de uma força motriz de prótons (PMF), que permite a produção de ATP, o principal catalisador de reações celulares. A ETC é uma série de reações redox onde os elétrons são transferidos de reagentes para proteínas mitocondriais. Isso dá às proteínas a capacidade de mover prótons através de um gradiente eletroquímico, formando o PMF.

O ciclo de ácido cítrico se alimenta da ETC

Os principais reagentes bioquímicos da ETC são os doadores de elétrons e hidrato de dinucleótido de nicotinamida adenina (NADH). Estes são gerados por um processo chamado ciclo do ácido cítrico (CAC). As gorduras e os açúcares são decompostos em moléculas mais simples, como o piruvato, que então alimentam o CAC. O CAC retira energia dessas moléculas para produzir as moléculas elétron-densas necessárias para o ETC. O CAC produz seis moléculas de NADH e se sobrepõe à ETC propriamente dita quando forma succinato, o outro reagente bioquímico.

NADH e FADH2

A fusão de uma molécula de precursor pobre em elétrons chamada nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD +) com um protão forma NADH. O NADH é produzido dentro da matriz mitocondrial, a parte mais interna da mitocôndria. As várias proteínas de transporte da ETC estão localizadas na membrana interna mitocondrial, que envolve a matriz. O NADH doa elétrons para uma classe de proteínas ETC chamadas NADH desidrogenases, também conhecidas como Complexo I. Isso quebra o NADH em NAD + e um próton, transportando quatro prótons para fora da matriz no processo, aumentando o PMF. Outra molécula chamada dinucleotídeo de flavina adenina (FADH2) desempenha um papel similar ao doador de elétrons.

Succinato e QH2

A molécula de succinato é produzida por um dos passos intermediários do CAC e é subsequentemente degradada em fumarato para ajudar a formar o dador de electrões de di-hidroquinona (QH2). Esta parte do CAC se sobrepõe ao ETC: o QH2 alimenta uma proteína de transporte chamada Complexo III, que age para expulsar prótons adicionais da matriz mitocondrial, aumentando o PMF. O complexo III ativa um complexo adicional chamado Complex IV, que libera ainda mais prótons. Assim, a degradação do succinato ao fumarato resulta na expulsão de numerosos prótons da mitocôndria através de dois complexos de proteínas que interagem.

Oxigênio

As células aproveitam a energia através de uma série de reações de combustão lenta e controlada. Moléculas como piruvato e succinato liberam energia útil quando são queimadas na presença de oxigênio. Os elétrons na ETC são eventualmente passados ​​ao oxigênio, que é reduzido a água (H2O), absorvendo quatro prótons no processo. Dessa maneira, o oxigênio age como um receptor de elétrons terminal (é a última molécula a obter os elétrons ETC) e um reagente essencial. A ETC não pode acontecer na ausência de oxigênio, então as células carentes de oxigênio recorrem à respiração anaeróbica altamente ineficiente.

ADP e Pi

O objetivo final da ETC é produzir a energia de alta energia. molécula adenosina trifosfato (ATP) para catalisar reações bioquímicas. Os precursores de ATP, adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorgânico (Pi) são prontamente importados para a matriz mitocondrial. É preciso uma reação de alta energia para unir ADP e Pi, que é onde o PMF funciona. Ao permitir que os prótons retornem à matriz, a energia de trabalho é produzida, forçando a formação de ATP a partir de seus precursores. Estima-se que 3,5 hidrogênios devem entrar na matriz para a formação de cada molécula de ATP.