Elektrontransportkæden, også kaldet respirationskæden, er den del af respirationen, hvor cellen bruger energi fra elektroner til at opbygge en forskel i H⁺ på tværs af en membran. Denne forskel driver dannelsen af størstedelen af respirationens ATP. ATP er et molekyle, der overfører energi til cellens arbejde.
I videoen tegner og forklarer jeg processen fra elektronernes ankomst til dannelsen af ATP. Herunder følger vi den samme vej trin for trin.
Hvor foregår elektrontransportkæden?
I menneskers, dyrs og planters celler ligger elektrontransportkæden i mitokondriets indre membran. Inden for membranen findes matrix, mitokondriets inderste rum. Mellem den indre og den ydre membran ligger det intermembranøse rum. De to rum er vigtige, fordi H⁺ flyttes fra det ene til det andet.
Respirationens tidligere trin nedbryder glukose og overfører elektroner til molekylerne NADH og FADH₂. De fungerer som elektronbærere. Få først overblikket i forklaringen af glykolyse, Krebs’ cyklus og katabolisme, hvis du har brug for at placere respirationskæden i hele forløbet.
1. NADH og FADH₂ afleverer elektroner
NADH afleverer elektroner ved proteinkompleks I. Elektroner fra FADH₂ i kompleks II føres ind i kæden via kompleks II. Et proteinkompleks er flere proteiner, som arbejder sammen. Elektronerne føres videre gennem kæden ved hjælp af små, bevægelige elektronbærere.
Når NADH og FADH₂ afgiver elektroner, bliver de oxideret til NAD⁺ og FAD. Oxidation betyder afgivelse af elektroner. NAD⁺ og FAD kan derefter igen modtage elektroner i nedbrydningen af næringsstoffer.
2. Elektronernes energi opbygger en elektrokemisk gradient
Under elektrontransporten bruges frigivet energi til at flytte H⁺ fra matrix til det intermembranøse rum. H⁺ er positivt ladede hydrogenioner, også kaldet protoner. Det er kompleks I, III og IV, der bidrager til denne udpumpning; kompleks II pumper ikke protoner.
På den måde opstår en elektrokemisk gradient. Ordet dækker to sammenhængende forskelle:
- En koncentrationsforskel: Der er højere koncentration af H⁺ i det intermembranøse rum end i matrix.
- En elektrisk spændingsforskel: Matrix er mere negativ i forhold til det intermembranøse rum.
Begge forskelle driver H⁺ tilbage mod matrix. Membranen lader dog ikke protonerne passere frit. Derfor kan forskellen bruges som en form for lagret energi – lidt som vand bag en dæmning kan drive en turbine.
3. ATP-syntasen bruger gradienten til at danne ATP
H⁺ strømmer tilbage til matrix gennem ATP-syntase, et enzym i den indre membran. Strømmen driver enzymet, så det kan sætte en fosfatgruppe på ADP og danne ATP:
ADP + Pᵢ → ATP
Pᵢ betyder uorganisk fosfat. At sætte fosfat på et molekyle kaldes fosforylering. Elektrontransporten og den koblede ATP-dannelse kaldes samlet oxidativ fosforylering. Koblingen via H⁺-gradienten kaldes kemiosmose.
4. Ilt er den sidste elektronacceptor
Til sidst modtager ilt, O₂, elektronerne ved kompleks IV. Derfor kaldes ilt den sidste elektronacceptor – acceptor betyder modtager. Sammen med H⁺ bliver ilten til vand. CO₂ dannes derimod i tidligere trin af glukosens nedbrydning, ikke i selve elektrontransportkæden.
Uden ilt kan den aerobe elektrontransportkæde ikke fortsætte, og ATP-dannelsen gennem oxidativ fosforylering går i stå. Det betyder ikke, at al ATP-dannelse stopper med det samme: Glykolysen kan fortsat danne en mindre mængde ATP, hvis cellen kan gendanne NAD⁺, fx ved dannelse af laktat.
Hvor mange ATP dannes der?
I en almindelig beregningsmodel for eukaryote celler giver oxidativ fosforylering ca. 26–28 ATP pr. glukose. Sammen med ATP fra de tidligere trin bliver det ca. 30–32 ATP. Udbyttet varierer bl.a. med transporten af elektroner fra glykolysens NADH ind i mitokondriet. Brug derfor tallene som en model frem for et fast udbytte i alle celler.
Den røde tråd er: Elektroner → udpumpning af H⁺ → elektrokemisk gradient → ATP-syntase → ATP. Ilt modtager elektronerne til sidst og gør det muligt for kæden at fortsætte.
