Apa itu Rantai transpor elektron — pengertian dan tahapan

Rantai transpor elektron adalah komponen akhir dari respirasi aerob dan merupakan satu-satunya bagian dari metabolisme glukosa yang menggunakan oksigen atmosfer. Transpor elektron adalah serangkaian reaksi redoks yang menyerupai perlombaan relai.

Elektron dilewatkan dengan cepat dari satu komponen ke yang berikutnya ke titik akhir rantai, di mana elektron mengurangi oksigen molekuler, menghasilkan air. Persyaratan oksigen ini pada tahap akhir rantai dapat dilihat dalam persamaan keseluruhan untuk respirasi seluler, yang membutuhkan glukosa dan oksigen.

Kompleks adalah struktur yang terdiri dari atom pusat, molekul, atau protein yang terhubung lemah dengan atom, molekul, atau protein di sekitarnya. Rantai transpor elektron adalah agregasi dari empat kompleks ini (diberi label I sampai IV), bersama dengan pembawa elektron seluler yang terkait. Rantai transpor elektron hadir dalam banyak salinan di membran mitokondria bagian dalam eukariota dan membran plasma prokariota.

Fosforilasi oksidatif adalah metode yang sangat efisien untuk menghasilkan ATP dalam jumlah besar, unit dasar energi untuk proses metabolisme. Selama proses ini elektron dipertukarkan antara molekul, yang menciptakan gradien kimia yang memungkinkan untuk produksi ATP. Bagian terpenting dari proses ini adalah rantai transpor elektron, yang menghasilkan lebih banyak ATP daripada bagian respirasi seluler lainnya.

Pengertian

Rantai transpor elektron adalah komponen akhir dari respirasi aerobik dan merupakan satu-satunya bagian dari metabolisme glukosa yang menggunakan oksigen atmosfer. Transpor elektron adalah serangkaian reaksi redoks yang menyerupai perlombaan relai. Elektron dilewatkan dengan cepat dari satu komponen ke yang berikutnya ke titik akhir rantai, di mana elektron mengurangi oksigen molekuler, menghasilkan air. Persyaratan oksigen ini pada tahap akhir rantai dapat dilihat dalam persamaan keseluruhan untuk respirasi seluler, yang membutuhkan glukosa dan oksigen.

Kompleks adalah struktur yang terdiri dari atom pusat, molekul, atau protein yang terhubung lemah dengan atom, molekul, atau protein di sekitarnya. Rantai transpor elektron adalah agregasi dari empat kompleks ini (diberi label I sampai IV), bersama dengan pembawa elektron seluler yang terkait. Rantai transpor elektron hadir dalam banyak salinan di membran mitokondria bagian dalam eukariota dan membran plasma prokariota.

Rantai transpor elektron adalah serangkaian reaksi enzimatik di dalam membran dalam mitokondria, yang merupakan organel sel yang melepaskan dan menyimpan energi untuk semua kebutuhan fisiologis.

Ketika elektron melewati rantai oleh serangkaian reaksi reduksi oksidasi, energi dilepaskan, menciptakan gradien ion hidrogen, atau proton, melintasi membran. Gradien proton memberikan energi untuk membuat ATP, yang digunakan dalam fosforilasi oksidatif.

Reaksi rantai transpor elektron dilakukan oleh serangkaian protein membran dan molekul organik. Mereka diatur dalam empat kompleks. Pada eukariota, rantai transpor elektron terjadi di membran mitokondria bagian dalam. Pada prokariota, ia berada di dalam membran plasma.

Elektron bergerak melalui rantai transpor elektron dari keadaan energi tinggi ke rendah. Pelepasan energi menggerakkan proton melalui saluran dalam protein membran, memindahkannya ke ruang membran bagian dalam. Ini mengarah pada penumpukan proton bermuatan positif, yang menciptakan potensi listrik melintasi membran.

Tahapan Rantai transpor elektron

Reaksi rantai transpor elektron melibatkan beberapa kompleks protein membran besar di dalam membran mitokondria bagian dalam. Beberapa tahap rantai transpor elektron dijelaskan di bawah ini.

Kompleks NADH Dehidrogenase (Kompleks I)

Kompleks NADH dehidrogenase (Kompleks I) mengandung lebih dari 40 polipeptida. Ini mentransfer elektron dari NADH ke koenzim Q10. Reaksi dimulai ketika NADH berikatan dengan Kompleks I, mentransfer dua elektron ke gugus prostetik flavin mononukleotida (FMN), menghasilkan pembentukan FMNH2. Elektron kemudian ditransfer melalui kelompok besi-belerang ke koenzim Q10. Perubahan keadaan redoks protein menginduksi perubahan konformasi, menyebabkan empat ion hidrogen dipompa ke dalam ruang membran bagian dalam. Dengan demikian empat proton diangkut melintasi membran dalam reaksi.

Untuk memulai, dua elektron dibawa ke kompleks pertama di atas NADH. Kompleks I terdiri dari flavin mononukleotida (FMN) dan enzim yang mengandung besi-sulfur (Fe-S). FMN, yang berasal dari vitamin B2 (juga disebut riboflavin), adalah salah satu dari beberapa kelompok prostetik atau co-faktor dalam rantai transpor elektron. Kelompok prostetik adalah molekul non-protein yang dibutuhkan untuk aktivitas protein. Kelompok prostetik dapat bersifat organik atau anorganik dan merupakan molekul non-peptida yang terikat pada protein yang memfasilitasi fungsinya.

Kelompok prostetik termasuk ko-enzim, yang merupakan kelompok prostetik dari enzim. Enzim dalam kompleks I adalah NADH dehydrogenase, protein yang sangat besar yang mengandung 45 rantai asam amino. Kompleks I dapat memompa empat ion hidrogen melintasi membran dari matriks ke ruang antarmembran; dengan cara inilah gradien ion hidrogen terbentuk dan dipertahankan antara dua kompartemen yang dipisahkan oleh membran mitokondria bagian dalam.

Suksinat dehidrogenase (Kompleks II)

Suksinat dehidrogenase, juga dikenal sebagai succinate-CoQ reductase, menerima elektron ke dalam kuinon dari suksinat dan mentransfernya ke Q. Kompleks II memiliki empat subunit. Kompleks II beroperasi paralel dengan Kompleks I. Namun, tidak ada proton yang diangkut ke ruang antarmembran. Enzim ini juga mengambil bagian dalam siklus asam trikarboksilat (asam sitrat) juga.

Kompleks II secara langsung menerima FADH2, yang tidak melewati kompleks I. Senyawa yang menghubungkan kompleks pertama dan kedua dengan yang ketiga adalah ubiquinone (Q). Molekul Q larut dalam lemak dan bergerak bebas melalui inti hidrofob dari membran. Setelah direduksi menjadi QH2, ubiquinone mengirimkan elektronnya ke kompleks berikutnya dalam rantai transpor elektron. Q menerima elektron yang berasal dari NADH dari kompleks I dan elektron yang berasal dari FADH2 dari kompleks II, termasuk dehidrogenase suksinat. Enzim dan FADH2 ini membentuk kompleks kecil yang mengantarkan elektron langsung ke rantai transpor elektron, melewati kompleks pertama. Karena elektron ini mem-bypass, dan dengan demikian tidak memberi energi, pompa proton dalam kompleks pertama, lebih sedikit molekul ATP dibuat dari elektron FADH2. Jumlah molekul ATP yang akhirnya diperoleh berbanding lurus dengan jumlah proton yang dipompa melintasi membran mitokondria bagian dalam.

Kompleks sitokrom b-c1 (Kompleks III)

Kompleks sitokrom b-c1 (Kompleks III), memiliki 11 rantai polipeptida dan berfungsi sebagai dimer, dan juga dikenal sebagai koenzim Q: sitokrom c-oksidoreduktase atau sitokrom c reduktase. Tiga gugus heme ditemukan dalam setiap monomer, terikat pada sitokrom dan protein sulfur-besi. Fungsi kompleks b-c1 adalah melalui mekanisme siklus-Q. Ini mengkatalisis pengurangan sitokrom c oleh oksidasi koenzim Q sambil memompa 4 proton dari matriks mitokondria ke ruang antarmembran. Mutasi Kompleks III dikaitkan dengan intoleransi olahraga dan beberapa gangguan multisistem.

Kompleks ketiga terdiri dari sitokrom b, protein Fe-S lainnya, pusat Rieske (pusat 2Fe-2S), dan protein sitokrom c; kompleks ini juga disebut sitokrom oksidoreduktase. Protein sitokrom memiliki kelompok heme prostetik. Molekul heme mirip dengan heme dalam hemoglobin, tetapi ia membawa elektron, bukan oksigen. Akibatnya, ion besi pada intinya berkurang dan teroksidasi ketika melewati elektron, berfluktuasi antara berbagai keadaan oksidasi: Fe2 + (tereduksi) dan Fe3 + (teroksidasi). Molekul heme dalam sitokrom memiliki karakteristik yang sedikit berbeda karena efek dari protein berbeda yang mengikatnya, yang membuat masing-masing kompleks. Complex III memompa proton melalui membran dan meneruskan elektronnya ke sitokrom c untuk diangkut ke kompleks keempat protein dan enzim. Sitokrom c adalah akseptor elektron dari Q; Namun, sedangkan Q membawa pasangan elektron, cytochrome c hanya dapat menerima satu per satu.

Sitokrom c Oksidase (Kompleks IV)

Sitokrom c oksidase adalah langkah terakhir dalam rantai transpor elektron. Fungsinya sebagai dimer, dengan setiap monomer mengandung 13 rantai polipeptida yang berbeda, termasuk dua sitokrom dan dua atom tembaga. Ia menerima dua elektron dari dua molekul c sitokrom dan meneruskannya empat sekaligus menjadi oksigen. Mutasi sitokrom c oksidase dapat menyebabkan gangguan metabolisme yang parah. Reaksi sitokrom oksidase menggunakan sekitar 90 persen oksigen yang diambil oleh sebagian besar sel.

Kompleks keempat terdiri dari protein sitokrom c, a, dan a3. Kompleks ini mengandung dua kelompok heme (satu di setiap sitokrom a dan a3) dan tiga ion tembaga (sepasang CuA dan satu CuB di sitokrom a3). Sitokrom memegang molekul oksigen yang sangat erat antara ion besi dan tembaga sampai oksigen benar-benar berkurang. Oksigen tereduksi kemudian mengambil dua ion hidrogen dari media sekitarnya untuk menghasilkan air (H2O). Penghapusan ion hidrogen dari sistem juga berkontribusi terhadap gradien ion yang digunakan dalam proses kemiosmosis.

Tidak dipisahkan

Rantai transpor elektronTranspor elektron tidak dapat dipisahkan dari sintesis ATP melalui penggunaan agen tertentu atau beberapa proses alami. Beberapa sel lemak khusus, yang dikenal sebagai lemak coklat, melepaskan rantai transpor elektron untuk menghilangkan energi sebagai panas. Ini dicapai melalui protein transpor yang menggerakkan proton menuruni gradien elektrokimia, melewati ATP sintase. Sel-sel mengoksidasi simpanan lemak mereka dengan cepat, menghasilkan panas. Hewan yang berhibernasi dan bayi manusia yang baru lahir memiliki lemak cokelat.

Ringkasan

  • Fosforilasi oksidatif adalah jalur metabolisme di mana elektron ditransfer dari donor elektron ke akseptor elektron dalam reaksi redoks; rangkaian reaksi ini melepaskan energi yang digunakan untuk membentuk ATP.
  • Ada empat kompleks protein (berlabel kompleks I-IV) dalam rantai transpor elektron, yang terlibat dalam pemindahan elektron dari NADH dan FADH2 ke oksigen molekuler.
  • Kompleks I membentuk gradien ion hidrogen dengan memompa empat ion hidrogen melintasi membran dari matriks ke ruang antarmembran.
  • Kompleks II menerima FADH2, yang mem-bypass kompleks I, dan mengirimkan elektron langsung ke rantai transpor elektron.
  • Ubiquinone (Q) menerima elektron dari kompleks I dan kompleks II dan mengantarkannya ke kompleks III.
  • Kompleks III memompa proton melalui membran dan meneruskan elektronnya ke sitokrom c untuk diangkut ke kompleks keempat protein dan enzim.
  • Kompleks IV mengurangi oksigen; oksigen yang berkurang kemudian mengambil dua ion hidrogen dari media sekitarnya untuk membuat air.