background image

 

 

Electron Transport Chain _ETC 

Energy-rich molecules, such as glucose, are metabolized by a series of 
oxidation  reactions  ultimately  yielding  Co

2

  and  water.  The 

metabolic intermediates of these reactions donate electrons to specific 
coenzymes ( NAD

+

,FAD)  and The reduced form of these coenzymes 

(  NADH,FADH

2

)  can,  in  turn,  each  donate  a  pair  of  electrons  to  a 

specialized  set  of  electron  carriers,  collectively  called  the  electron 
transport  chain,  as  electrons  are  passed  down  the  electron  transport 
chain, they lose much of their free energy. Part of this energy can be 
captured  and  stored  by  the  production  of  ATP  from  ADP  and 
inorganic  phosphate  (Pi).  This  process  is  called  oxidative 
phosphorylation
. The remainder of the free energy that not trapped as 
ATP is released as heat.   

ETC is a chain of protein (enzyme) complexes embedded in the inner 
mitochondrial  membrane,  called  complexes  I,  II,  III,  IV,  and  V.  
Complexes I to IV transports electrons and pumps hydrogen ions into 
the  inter  membrane  space  to  create  a  gradient,whereas  complex  V 
catalyzes ATP synthesis as figure below reveals. 

  

 


background image

 

 

Each  complex  accepts  or  donates  electrons  to  relatively  mobile 
electron carriers, such as ubiquinone (coenzyme Q) and cytochrome c. 
Each carrier in the electron transport chain can receive electrons from 
an electron donor, and can subsequently donate electrons to the next 
carrier  in  the  chain.  The  electrons  ultimately  combine  with  oxygen 
(final electron acceptor) and protons to form water. These complexes 
are: 

Complex I; NADH-CoQ reductase (NADH dehydrogenase complex) 

 

Complex II; Succinate-Q-reductase 

 

Complex III; cytochrome reductase 

 

Complex IV; cytochrome oxidase

 

 

 


background image

 

 

Complex V; ATP synthase

 

 

 

Proton pump and ATP synthesis  

The  energy  of  electron  transfer  is  used  to  drive  protons  out  of  the 
matrix  by  the  complexes  I,  III  and  IV  that  are  proton  pumps.  The 
proton  pumps  (complexes  I,  III  and  IV)  expel  H+  from  inside  to 
outside  of  the  inner  membrane.  So,  there  is  high  H+  concentration 
outside  the  inner  membrane.  This  causes  H+  to  enter  into 
mitochondria through the channels (Fo); this proton influx causes ATP 
synthesis by ATP synthase. 

 Energy yield (number of ATP generated) per molecule of glucose 
when  it  is  completely  oxidized  through  glycolysis  plus  citric  acid 
cycle, under aerobic conditions is demonstrated below 

 

 

F

0


background image

 

 

Only 4 of 38 ATP  ultimately produced by respiration of glucose are 
derived from substrate-level phosphorylation (2 from glycolysis and 2 
from  Krebs  Cycle).The  vast  majority  of the  ATP (90%)  comes  from 
the energy in the electrons carried by NADH and FADH

2

 . 

 

 

 

Inhibitors of ETC and oxidative phosphorylation 

This  has  provided  knowledge  about  the  mechanism  of  action  of 
several poisons 

1. Complex I to Co-Q specific inhibitors 
i. Insecticide and fish poison 
ii. Barbiturates, sedative 

2. Inhibitors of complex II to Co-Q 
i. Carboxin 


background image

 

 

3. Inhibitors of complex III to cytochrome c  
i.antidote of war gas 
ii. Antimycin 

4. Complex IV inhibitors 
i. Carbon monoxide  

ii. Cyanide (CN–) 
iii. Azide (N3–) 
iv. Hydrogen sulphide (H2S) 

5. Inhibitors of oxidative phosphorylation 
i. Oligomycin, inhibits flow of protons through Fo 
 

Uncouplers of Oxidative Phosphorylation 

Uncouplers will allow oxidation to proceed, but the energy instead 
of  being  trapped  by  phosphorylation  is  dissipated  as  heat.  This  is 
achieved  by  removal  of  the  proton  gradient.  The  uncoupling  of 
oxidative  phosphorylation  is  useful  biologically  as  in  hibernating 
animals  and  in  newborn  human  infants,  the  liberation  of  heat 
energy 

is 

required 

to 

maintain 

body 

temperature. 

In Brown adipose tissue, thermogenesis is achieved by this process. 
 
Uncouplers
 
i. 2,4-dinitrophenol (2,4-DNP) 
ii. 2,4-dinitrocresol (2,4-DNC) 
 
 Physiological Uncouplers
 
i.Thyroxin, in high doses 
ii. Thermogenin in brown adipose tissue 

 

 


background image

Mitochondrial  membrane  is  impermeable  to  NADH.  The  NADH 
equivalents  generated  in  glycolysis  are  therefore  to  be  transported 
from  cytoplasm  to  mitochondria  for  oxidation.  This  achieve  through 
one of following shuttle: 
 
1.  Malate Aspartate Shuttle 
This  is  achieved  by  malate-aspartate  shuttle  or  malate 
shuttle,  which  operates  mainly  in  liver,  kidney  and  heart.  The 
cycle  is  operated  with  the  help  of  enzymes  malate 
dehydrogenase  (MDH)  and  aspartate  amino  transferase.  From  one 
molecule  of  NADH  in  the  mitochondria,  2½  ATP  molecules  are 
generated. 

 

 

2.  Glycerol-3-phosphate Shuttle 
In  skeletal  muscle  and  brain,  the  reducing  equivalents  from 
cytoplasmic  NADH  are  transported  to  mitochondria  as 
FADH

2

  through  glycerol-3-phosphate  shuttle.  Hence  only  1½  ATPs 

are generated when this system is operating. 

 

So  there  is  losing  of  energy  (one  ATP)  when

  Glycerol-3-

phosphate Shuttle is used therefore total ATP  of  cellular  respiration 
written  as  (36-38/old),(30-32/new)  because  2NADH  produced  from 
glycolysis . 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 120 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل