Di Christopher Robison Aggiornato il 30 agosto 2022
La catena di trasporto degli elettroni (ETC) è la centrale elettrica delle cellule aerobiche, guidando la maggior parte della sintesi di ATP attraverso una serie di reazioni redox strettamente accoppiate. Mentre gli elettroni si muovono lungo la membrana interna mitocondriale, i protoni vengono pompati nello spazio intermembrana, stabilendo una forza motrice protonica (PMF). Il PMF alimenta quindi l'ATP sintasi, convertendo l'ADP e il fosfato inorganico nella valuta energetica universale della cellula.
Al centro dell'ETC ci sono i donatori di elettroni succinato e nicotinammide adenina dinucleotide (NADH). Questi vengono prodotti durante il ciclo dell'acido citrico (CAC), il centro metabolico che ossida carboidrati, grassi e proteine in piruvato e acetil‑CoA. Ogni giro del CAC genera sei molecole di NADH e un succinato, collegando direttamente il flusso metabolico alla fornitura di elettroni per l'ETC.
All'interno della matrice mitocondriale, NAD + accetta un protone e due elettroni per formare NADH. Il Complesso I localizzato nella matrice (NADH deidrogenasi) trasferisce questi elettroni all'ubichinone, pompando contemporaneamente quattro protoni attraverso la membrana e rinforzando il PMF. Un percorso parallelo coinvolge il flavina adenina dinucleotide (FADH2 ), che dona elettroni al Complesso II (succinato deidrogenasi) senza pompaggio di protoni, ma alimenta comunque gli elettroni nella catena.
Durante il CAC, il succinato viene ossidato a fumarato, generando FADH2 che riduce l'ubichinone a ubichinolo (QH2 ). QH2 quindi alimenta il Complesso III (complesso del citocromo bc1), che pompa protoni aggiuntivi e passa gli elettroni al Complesso IV (citocromo c ossidasi). Il complesso IV completa il processo trasferendo gli elettroni all'ossigeno, l'accettore terminale della catena.
L’ossigeno è indispensabile per una produzione efficiente di ATP. Accetta elettroni nel Complesso IV, riducendosi ad acqua e consumando protoni nel processo. In assenza di ossigeno, le cellule ricorrono a percorsi anaerobici che producono molte meno molecole di ATP.
Il culmine dell'ETC è la sintesi dell'ATP. Il PMF riporta i protoni nella matrice attraverso l'ATP sintasi, con una stima di 3,5 protoni necessari per ATP formato. L'ADP e il fosfato inorganico (Pi) vengono importati nella matrice e l'energia proveniente dal flusso di protoni ne guida la fosforilazione, producendo ATP che alimenta praticamente tutti i processi cellulari.
