La catena di trasporto degli elettroni (ETC) è costituita da un insieme di proteine e molecole organiche che si trovano nella membrana interna dei mitocondri. Gli elettroni passano da un membro della catena di trasporto a un altro in una serie di reazioni redox. L’energia rilasciata in queste reazioni è catturata come gradiente protonico, che è poi utilizzato per produrre ATP
Gli elettroni si muovono attraverso la catena, passano da un livello di energia più alto a uno più basso. L’energia rilasciata in questi trasferimenti di elettroni è usata da complessi proteici per pompare protoni dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana, formando un gradiente protonico.
Respirazione cellulare aerobica
La respirazione cellulare aerobica avviene in tre fasi: glicolisi, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa.
Nella glicolisi, il glucosio è scisso in due molecole di piruvato, con una produzione di ATP e nicotinammide adenina dinucleotide (NADH). Ogni molecola di piruvato si ossida in acetilCoA che è quindi utilizzato nel ciclo di Krebs da cui si ottengono CO2, NADH, FADH2 e ATP.
La catena di trasporto degli elettroni e la chemiosmosi costituiscono la fosforilazione ossidativa
Nella catena di trasporto degli elettroni, gli elettroni attraversano una catena di proteine che ne aumenta il potenziale di riduzione e provoca un rilascio di energia. La maggior parte di questa energia è dissipata sotto forma di calore o utilizzata per pompare ioni H+ dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana e creare un gradiente protonico.
Le proteine presenti nell’ ETC sono complesso I, complesso II, complesso III, citocromo c o complesso IV.
Complesso I
Il complesso I è il primo grande complesso proteico delle catene respiratorie di molti organismi, dai batteri all’uomo. Catalizza il trasferimento di elettroni dal NADH al coenzima Q10 consentendo ai protoni di attraversare la membrana mitocondriale interna negli eucarioti o la membrana plasmatica dei batteri.
Catalizza la reazione:
NADH + H+ + CoQ + 4 H+in→ NAD+ + CoQH2 + 4 H+out
In questo processo quattro protoni attraversano la membrana interna per molecola di NADH ossidato, contribuendo a determinare la differenza di potenziale elettrochimico utilizzata per produrre ATP .
Complesso II
Il complesso II noto come succinato deidrogenasi accetta elettroni dal succinato, intermedio del ciclo dell’acido citrico. All’interno del complesso il FAD accetta 2 elettroni quando il succinato si ossida a fumarato. Il FAD trasferisce i 2 elettroni al coenzima Q e nessun protone attraversa la membrana dal complesso II
Succinato + FAD → Fumarato + 2 H+(matrice) + FADH2
Complesso III
La ubichinolo-citocromo c reduttasi è un enzima appartenente alla classe delle ossidoreduttasi, noto anche come complesso III, catalizza la reazione:
QH2 + 2 ferricitocromo c + 2 H+in → Q + 2 ferrocitocromo c + 4 H+(out)
Tale enzima è noto anche come complesso III nel contesto della catena di trasporto degli elettroni.
Complesso IV
L’ enzima citocromo c ossidasi o Complesso IV è l’ultimo enzima della catena respiratoria di trasporto degli elettroni. Riceve un elettrone da ciascuna delle quattro molecole di citocromo c e le trasferisce a una molecola di ossigeno e quattro protoni , producendo due molecole di acqua
4 ferrocitocromo c + 4 H+ + O2 → 2 ferricitocromo c + 2 H2O