La chaîne de transport des électrons (CTE) est le processus biochimique qui produit la plus grande partie du combustible d'une cellule dans les organismes aérobies. Cela implique l'accumulation d'une force motrice protonique (PMF), qui permet la production d'ATP, le principal catalyseur des réactions cellulaires. L'ETC est une série de réactions d'oxydoréduction dans lesquelles les électrons sont transférés des réactifs aux protéines mitochondriales. Cela donne aux protéines la capacité de déplacer des protons à travers un gradient électrochimique, formant le PMF.

Le cycle de l'acide citrique se nourrit dans l'ETC

Les principaux réactifs biochimiques de l'ETC sont les donneurs d'électrons succinate et le nicotinamide adénine dinucléotide hydraté (NADH). Ceux-ci sont générés par un processus appelé le cycle de l'acide citrique (CAC). Les graisses et les sucres sont décomposés en molécules plus simples, comme le pyruvate, qui se nourrissent ensuite dans les CAC. Le CAC enlève l'énergie de ces molécules pour produire les molécules denses aux électrons dont l'ETC a besoin. Le CAC produit six molécules de NADH et se chevauche avec l'ETC proprement dit lorsqu'il forme du succinate, l'autre réactif biochimique.

NADH et FADH2

La fusion d'une molécule précurseur pauvre en électrons appelée nicotinamide adénine dinucléotide (NAD +) avec un proton forme NADH. Le NADH est produit dans la matrice mitochondriale, la partie la plus interne de la mitochondrie. Les différentes protéines de transport de l'ETC sont situées sur la membrane interne mitochondriale qui entoure la matrice. Le NADH fait don d'électrons à une classe de protéines ETC appelées NADH déshydrogénases, également connues sous le nom de Complexe I. Le NADH se décompose en NAD + et en proton, transportant quatre protons hors de la matrice, ce qui augmente le PMF. Une autre molécule appelée flavine adénine dinucléotide (FADH2) joue un rôle similaire en tant que donneur d'électrons.

Succinate et QH2

La molécule de succinate est produite par l'une des étapes intermédiaires du CAC et est ensuite dégradé en fumarate pour aider à former le donneur d'électrons dihydroquinone (QH2). Cette partie du CAC chevauche l'ETC: QH2 alimente une protéine de transport appelée Complex III, qui agit pour expulser des protons supplémentaires de la matrice mitochondriale, ce qui augmente le PMF. Le complexe III active un complexe supplémentaire appelé complexe IV, qui libère encore plus de protons. Ainsi, la dégradation du succinate en fumarate entraîne l'expulsion de nombreux protons de la mitochondrie par l'intermédiaire de deux complexes protéiques interagissant.

Oxygène

Les cellules maîtrisent l'énergie à travers une série de réactions de combustion lente et contrôlée. Des molécules telles que le pyruvate et le succinate libèrent de l'énergie utile lorsqu'elles sont brûlées en présence d'oxygène. Les électrons dans l'ETC sont finalement passés à l'oxygène, qui est réduit en eau (H2O), absorbant quatre protons dans le processus. De cette manière, l'oxygène agit à la fois comme un récepteur d'électrons terminal (c'est la dernière molécule à obtenir les électrons ETC) et comme un réactif essentiel. L'ETC ne peut pas se produire en l'absence d'oxygène, les cellules privées d'oxygène ont donc recours à une respiration anaérobie très inefficace.

ADP et Pi

Le but ultime de l'ETC est de produire la haute énergie molécule adénosine triphosphate (ATP) pour catalyser des réactions biochimiques. Les précurseurs de l'ATP, l'adénosine diphosphate (ADP) et le phosphate inorganique (Pi) sont facilement importés dans la matrice mitochondriale. Il faut une réaction à haute énergie pour lier ADP et Pi ensemble, ce qui est le cas où le PMF fonctionne. En permettant aux protons de revenir dans la matrice, l'énergie de travail est produite, forçant la formation de l'ATP à partir de ses précurseurs. On estime que 3,5 atomes d'hydrogène doivent entrer dans la matrice pour la formation de chaque molécule d'ATP.