Catena di trasporto degli elettroni

La catena di trasporto degli elettroni è un complesso proteico della membrana mitocondriale interna che ha il compito di trasferire elettroni e pompare protoni per consentire la produzione di energia sotto forma di ATP, necessaria all’attività della cellula.

Catena di trasporto degli elettroni: definizione

La catena di trasporto degli elettroni è un insieme strutturale e funzionale di proteine enzimatiche (ossidoreduttasi) situato nella membrana mitocondriale interna. Si tratta di complessi respiratori dotati di due capacità:

• trasferire elettroni dopo averli presi dal NAD e FAD ridotti;
• pompare protoni contro gradiente dalla matrice verso lo spazio intermembrana; il loro successivo rientro viene sfruttato dall’ATP sintasi per produrre ATP, energia metabolica utile alle funzioni cellulari.

Il termine “catena” viene attribuito in quanto gli elettroni sono ceduti all’ossigeno attraverso passaggi intermedi tra le varie proteine di membrana facenti parte del complesso. Inoltre, può essere affiancato dall’aggettivo “respiratoria”, essendo consumato ossigeno durante queste reazioni.

La quantità di energia prodotta dipende dall’equivalente riducente considerato e dal coefficiente energetico attribuito:

• per ogni molecola di NADH vengono prodotte 2,5-3 molecole di ATP;
• per ogni molecola di FADH2 vengono prodotte 1,5-2 molecole di ATP.

Chiaramente la quantità di NADH e FADH2 dipende da quale via metabolica vengono generati, in quanto ognuna produce un diverso numero di tali composti. 

Tappe della catena di trasporto degli elettroni

Gli equivalenti riducenti, sotto forma di NADH e FADH2, provengono dalle vie metaboliche cellulari e vengono convogliati nei mitocondri per cedere i propri elettroni alla catena di trasporto che successivamente li trasferisce all’ossigeno tramite le seguenti tappe:

1. Il NADH cede gli elettroni al complesso I;
2. Il FADH2, formato durante l’ossidazione del succinato nel ciclo di Krebs, cede gli elettroni al complesso II;
3. I complessi I e II trasferiscono gli elettroni acquisiti all’ubichinone, che diventa ubichinolo;
4. L’ubichinolo dona gli elettroni al complesso III;
5. Il complesso III li trasferisce al citocromo c;
6. Il citocromo c li cede al complesso IV;
7. Il complesso IV li dona all’ossigeno, l’accettore finale, che viene convertito in acqua metabolica.

Grazie a questi passaggi sono avvenuti due eventi:

• gli equivalenti riducenti sono stati ossidati e possono andare ad alimentare nuovamente le vie metaboliche che li avevano prodotti;
• sono stati pompati protoni nello spazio intermembrana e il loro rientro nella matrice viene sfruttato dal complesso dell’ATP sintasi per produrre ATP.

Complessi proteici

I complessi proteici della catena di trasporto degli elettroni sono quattro:

• NADH deidrogenasi, catalizza il trasferimento degli elettroni dal NADH all’ubichinone (che diventa ubichinolo) e il passaggio di quattro protoni dalla matrice allo spazio intermembrana;
• Succinato deidrogenasi, enzima del ciclo di Krebs, prende gli elettroni dal succinato, ossidandolo, e li dona all’ubichinone, riducendolo ad ubichinolo;
• Citocromo c ossidoreduttasi, trasferisce gli elettroni dall’ubichinolo al citocromo c e il passaggio di quattro protoni allo spazio intermembrana
• Citocromo c ossidasi, trasporta gli elettroni dal citocromo c ridotto all’ossigeno molecolare, riducendolo ad H2O e due protoni allo spazio intermembrana.

Bibliografia

Le basi molecolari della nutrizione – Arienti

Biochimica della nutrizione – Leuzzi, Bellocco, Barreca

Alimentazione, Nutrizione e Salute – Debellis, Poli

I principi di Biochimica di Lehningher – Nelson, Cox

Fondamenti di Biochimica – Voet, Voet

Note sull’autore: Andrea Barone

Laureato magistrale in “Scienze dell’Alimentazione e Nutrizione Umana” e triennale in “Scienza della Nutrizione”. Attualmente è studente in Scienze Motorie e biologo abilitato.

Invictus Trainer che esercita da circa 4 anni l’attività di personal trainer, con l’obiettivo di migliorare la composizione corporea dei suoi clienti e correggere le loro abitudini alimentari. Aspira a crescere professionalmente nel settore sportivo agonistico in qualità di preparatore atletico e/o personal trainer curando parallelamente l’aspetto nutrizionale degli atleti.