Chuỗi Vận Chuyển Electron Ty Thể

Chuỗi vận chuyển electron là một loạt các phức hợp protein nằm trong màng trong ty thể, truyền electron từ các yếu tố đồng enzyme đã khử, từng bước một, đến oxy phân tử. Khi electron di chuyển xuống theo gradient năng lượng này, các phức hợp bơm proton qua màng, tích trữ năng lượng mà ATP synthase sau đó sử dụng. Chuỗi này là lõi hô hấp của quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.

Definition

Chuỗi vận chuyển electron ty thể là tập hợp các phức hợp oxy hóa khử và các chất mang di động nằm trong màng trong, có chức năng chuyển electron từ NADH và FADH2 đến oxy, ghép nối dòng electron này với quá trình bơm proton để tạo ra lực vận động proton.

Scope

Chủ đề này bao gồm các phức hợp hô hấp (I-IV), các chất mang electron di động coenzyme Q và cytochrome c, dòng electron đến oxy, quá trình bơm proton được ghép nối, và sự tổ chức của các phức hợp thành siêu phức hợp. Đây là một tài liệu tham khảo sinh hóa và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những phức hợp nào tạo nên chuỗi hô hấp và chúng làm gì?
• Electron di chuyển từ các yếu tố đồng enzyme đã khử đến oxy như thế nào?
• Sự truyền electron được ghép nối với quá trình bơm proton như thế nào?
• Các phức hợp được tổ chức thành siêu phức hợp như thế nào?

Key concepts

• Phức hợp I (NADH dehydrogenase)
• Phức hợp II (succinate dehydrogenase)
• Phức hợp III (cytochrome bc1)
• Phức hợp IV (cytochrome c oxidase)
• Coenzyme Q (ubiquinone)
• Cytochrome c
• Siêu phức hợp hô hấp
• Gradient thế oxy hóa khử

Mechanisms

Electron đi vào chuỗi từ NADH tại Phức hợp I hoặc từ FADH2 (thông qua succinate dehydrogenase) tại Phức hợp II, được ubiquinone vận chuyển đến Phức hợp III, sau đó bởi cytochrome c đến Phức hợp IV, nơi chúng khử oxy thành nước. Các Phức hợp I, III và IV bơm proton từ chất nền vào không gian giữa màng khi electron đi qua chúng, chuyển đổi năng lượng giải phóng từ các bước oxy hóa khử thuận lợi thành gradient proton xuyên màng. Khung chemiosmotic của Mitchell giải thích tại sao vận chuyển electron và bơm proton được ghép nối. Bằng chứng cho thấy các phức hợp có thể tập hợp thành các siêu phức hợp bậc cao hơn, một tổ chức được báo cáo là ảnh hưởng đến cách electron được phân chia qua chuỗi.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết trong chức năng chuỗi hô hấp làm suy giảm khả năng tạo ATP của tế bào và được nghiên cứu trên nhiều mô và mô hình bệnh. Mục này mô tả sinh hóa của chuỗi để tham khảo và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Các cytochrome và trình tự rộng của các chất mang hô hấp đã được làm rõ trong suốt đầu thế kỷ XX, và sự ghép nối của dòng electron này với tổng hợp ATP đã được giải thích bằng giả thuyết chemiosmotic của Mitchell vào năm 1961. Các công trình cấu trúc và sinh hóa sau đó đã làm rõ các phức hợp riêng lẻ, và các nghiên cứu thế kỷ XXI đã mô tả sự lắp ráp của chúng thành các siêu phức hợp và tranh luận về các hệ quả chức năng.

Debates

Các siêu phức hợp hô hấp có điều hòa dòng electron không?

Các báo cáo cho rằng các phức hợp tập hợp thành siêu phức hợp đã đưa ra đề xuất rằng tổ chức này định hướng electron và định hình hiệu quả hô hấp, nhưng liệu các siêu phức hợp có cần thiết cho dòng chảy bình thường hay là một trong số các sắp xếp vẫn đang được thảo luận.

Key figures

• Peter Mitchell
• Matti Saraste
• José Antonio Enríquez

Seminal works

• saraste-1999
• mitchell-1961
• lapuente-brun-2013

Frequently asked questions

Chất nhận electron cuối cùng của chuỗi là gì?

Oxy phân tử, được khử thành nước tại Phức hợp IV (cytochrome c oxidase); đây là lý do tại sao quá trình này được gọi là hô hấp hiếu khí.

Vận chuyển electron giúp tạo ATP như thế nào?

Dòng electron thúc đẩy các phức hợp bơm proton qua màng trong, và gradient proton tạo ra cung cấp năng lượng cho ATP synthase — chuỗi vận chuyển electron không trực tiếp tạo ra ATP.