細胞生物学では、電子伝達系 食べたものからエネルギーを作る細胞のプロセスの 1 つです。
これは、好気性細胞呼吸の第 3 段階です。細胞呼吸とは、体内の細胞が消費した食物からエネルギーを生成する方法を表す用語です。電子伝達系は、細胞が動作するために必要なほとんどのエネルギーが生成される場所です。この「鎖」は実際には、細胞の発電所としても知られる、細胞ミトコンドリアの内膜内の一連のタンパク質複合体と電子伝達分子です。
鎖は酸素への電子の供与で終了するため、酸素は好気呼吸に必要です。
重要ポイント:電子輸送チェーン
- 電子伝達鎖は、ミトコンドリアの内膜内にある一連のタンパク質複合体と電子伝達分子です。 エネルギーの ATP を生成する
- 電子は鎖に沿ってタンパク質複合体からタンパク質複合体へと渡され、酸素に供与されます。電子の通過中に、プロトンがミトコンドリア マトリックスから排出されます 内膜を横切り、膜間腔に入ります。
- 膜間腔にプロトンが蓄積すると電気化学的勾配が生じ、これによりプロトンが勾配を流れ落ち、ATP シンターゼを介してマトリックスに戻ります。この陽子の動きは、ATP の生産のためのエネルギーを提供します。
- 電子伝達系は好気性細胞呼吸の 3 番目のステップです .解糖とクレブス回路は、細胞呼吸の最初の 2 つのステップです。
エネルギーはどのように作られるか
電子が鎖に沿って移動すると、その動きまたは運動量を使用してアデノシン三リン酸 (ATP) が生成されます。 ATP は、筋肉の収縮や細胞分裂など、多くの細胞プロセスの主なエネルギー源です。
ATP が加水分解されると、細胞の代謝中にエネルギーが放出されます。これは、電子が鎖に沿ってタンパク質複合体からタンパク質複合体に渡され、酸素を形成する水に供与されるときに起こります. ATP は、水と反応してアデノシン二リン酸 (ADP) に化学的に分解されます。 ADP は ATP の合成に使用されます。
より詳細には、電子がタンパク質複合体からタンパク質複合体へと鎖に沿って渡されると、エネルギーが放出され、水素イオン (H+) がミトコンドリア マトリックス (内膜内の区画) から膜間腔 (細胞間の区画) に送り出されます。内膜と外膜)。このすべての活動により、内膜全体に化学的勾配 (溶液濃度の差) と電気的勾配 (電荷の差) の両方が生じます。より多くの H+ イオンが膜間スペースに送り込まれると、より高い濃度の水素原子が蓄積され、マトリックスに逆流し、同時にタンパク質複合体 ATP シンターゼによる ATP の生成が促進されます。
ATP シンターゼは、マトリックスへの H+ イオンの移動から生成されたエネルギーを使用して、ADP を ATP に変換します。分子を酸化して ATP を生成するためのエネルギーを生成するこのプロセスは、酸化的リン酸化と呼ばれます。
細胞呼吸の最初のステップ
細胞呼吸の最初のステップは解糖です。解糖は細胞質で起こり、1 分子のグルコースが 2 分子の化合物ピルビン酸に分割されます。全体で、2 分子の ATP と 2 分子の NADH (高エネルギー、電子伝達分子) が生成されます。
クエン酸サイクルまたはクレブス サイクルと呼ばれる 2 番目のステップは、ピルビン酸がミトコンドリア外膜と内膜を通過してミトコンドリア マトリックスに輸送されるときです。ピルビン酸はクレブス回路でさらに酸化され、さらに 2 分子の ATP と、NADH および FADH 2 が生成されます。 分子。 NADH と FADH2 からの電子 細胞呼吸の第 3 段階である電子伝達系に転送されます。
鎖中のタンパク質複合体
電子伝達鎖の一部である 4 つのタンパク質複合体があり、電子を鎖に伝達する機能を果たします。 5 番目のタンパク質複合体は、水素イオンをマトリックスに戻す役割を果たします。これらの複合体はミトコンドリア内膜に埋め込まれています。
コンプレックス I
NADH は 2 つの電子を複合体 I に転送し、その結果、4 つの H イオンが内膜を通過します。 NADH は酸化されて NAD になり、クレブス回路に戻されます。電子は複合体 I からキャリア分子ユビキノン (Q) に移動し、ユビキノール (QH2) に還元されます。ユビキノールは電子を複合体 III に運びます。
複合体 II
FADH2 は電子を複合体 II に転送し、電子はユビキノン (Q) に渡されます。 Q はユビキノール (QH2) に還元され、電子を複合体 III に運びます。このプロセスでは、H イオンは膜間スペースに輸送されません。
複合体 III
複合体 III への電子の通過は、内膜を横切るさらに 4 つの H イオンの輸送を促進します。 QH2 は酸化され、電子は別の電子伝達タンパク質シトクロム C に渡されます。
複合体 IV
シトクロム C は、鎖の最終的なタンパク質複合体である複合体 IV に電子を渡します。 2 つの H イオンが内膜を通過します。次に、電子は複合体 IV から酸素 (O2 ) 分子、分子の分裂を引き起こします。結果として生じる酸素原子は、すばやく H イオンをつかみ、2 つの水分子を形成します。
ATP 合成酵素
ATP シンターゼは、電子伝達系によってマトリックスからポンプで送り出された H イオンをマトリックスに戻します。プロトンのマトリックスへの流入によるエネルギーは、ADP のリン酸化 (リン酸の付加) によって ATP を生成するために使用されます。選択的に透過性のミトコンドリア膜を通過し、電気化学的勾配を下るイオンの移動は、化学浸透と呼ばれます。
NADH は FADH2 よりも多くの ATP を生成します .酸化されるすべての NADH 分子に対して、10 個の H イオンが膜間スペースに送り込まれます。これにより、約 3 つの ATP 分子が得られます。 FADH2だから 後の段階で鎖に入り（複合体II）、6つのHイオンのみが膜間スペースに移動します。これは約 2 つの ATP 分子に相当します。合計 32 の ATP 分子が、電子伝達と酸化的リン酸化で生成されます。
ソース
- 「細胞のエネルギーサイクルにおける電子輸送。」 ハイパーフィジックス , hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
- Lodish、Harvey、他「電子輸送と酸化的リン酸化」。 分子細胞生物学。第 4 版。 、米国国立医学図書館、2000 年、www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/。
