La cadena de transporte de electrones (ETC) es el proceso bioquímico que produce la mayor parte del combustible de una célula en organismos aeróbicos. Esto implica la acumulación de una fuerza motriz de protones (PMF), que permite la producción de ATP, el principal catalizador de las reacciones celulares. El ETC es una serie de reacciones redox en donde los electrones se transfieren de los reactivos a las proteínas mitocondriales. Esto le da a las proteínas la capacidad de mover protones a través de un gradiente electroquímico, formando la PMF.

El ciclo de ácido cítrico se alimenta con la ETC

Los principales reactivos bioquímicos de la ETC son los electrones donantes succinato y nicotinamida adenina dinucleótido hidrato (NADH). Estos son generados por un proceso llamado ciclo de ácido cítrico (CAC). Las grasas y los azúcares se descomponen en moléculas más simples como el piruvato, que luego se alimentan en el CAC. El CAC quita la energía de estas moléculas para producir las moléculas electrón-densas que necesita el ETC. El CAC produce seis moléculas de NADH y se superpone con el ETC adecuado cuando forma succinato, el otro reactivo bioquímico.

NADH y FADH2

La fusión de una molécula precursora pobre en electrones llamada nicotinamida adenina dinucleótida (NAD +) con un protón forma NADH. NADH se produce dentro de la matriz mitocondrial, la parte más interna de la mitocondria. Las diversas proteínas de transporte del ETC se encuentran en la membrana interna mitocondrial, que rodea la matriz. NADH dona electrones a una clase de proteínas ETC llamadas NADH deshidrogenasas, también conocido como Complejo I. Esto rompe NADH de nuevo en NAD + y un protón, transportando cuatro protones fuera de la matriz en el proceso, aumentando el PMF. Otra molécula llamada dinucleótido flavina adenina (FADH2) juega un papel similar a un donador de electrones.

Succinato y QH2

La molécula de succinato se produce por uno de los pasos intermedios del CAC y es subsecuentemente degradado en fumarato para ayudar a formar el donador de electrones dihidroquinona (QH2). Esta parte del CAC se superpone con el ETC: QH2 potencia una proteína de transporte llamada Complejo III, que actúa para expulsar protones adicionales de la matriz mitocondrial, aumentando el PMF. El complejo III activa un complejo adicional llamado Complejo IV, que libera aún más protones. Por lo tanto, la degradación de succinato a fumarato da como resultado la expulsión de numerosos protones de la mitocondria a través de dos complejos proteicos que interactúan.

Oxígeno

Las células aprovechan la energía mediante una serie de reacciones de combustión lenta y controlada. Moléculas como piruvato y succinato liberan energía útil cuando se queman en presencia de oxígeno. Los electrones en el ETC finalmente pasan al oxígeno, que se reduce a agua (H2O), absorbiendo cuatro protones en el proceso. De esta manera, el oxígeno actúa como un receptor terminal de electrones (es la última molécula que obtiene los electrones ETC) y como un reactivo esencial. El ETC no puede ocurrir en ausencia de oxígeno, por lo que las células privadas de oxígeno recurren a la respiración anaeróbica altamente ineficiente.

ADP y Pi

El objetivo final del ETC es producir energía de alta energía. molécula de adenosina trifosfato (ATP) para catalizar reacciones bioquímicas. Los precursores de ATP, difosfato de adenosina (ADP) y fosfato inorgánico (Pi) se importan fácilmente a la matriz mitocondrial. Se requiere una reacción de alta energía para unir ADP y Pi, que es donde funciona el PMF. Al permitir que los protones vuelvan a la matriz, se produce energía de trabajo, lo que obliga a la formación de ATP a partir de sus precursores. Se estima que 3.5 hidrógenos deben ingresar a la matriz para la formación de cada molécula de ATP.