Цепочка переноса электронов, которая происходит на кристах внутренней митохондриальной мембраны, является первым шагом в клеточном дыхании, которое явно зависит от кислорода. NADH и FADH2, произведенные в цикле Кребса, теперь готовы внести основной вклад в выделение энергии.

То, как это происходит, заключается в том, что ионы водорода, хранящиеся на этих молекулах-носителях электронов (ион водорода, для настоящих целей, может рассматриваться как электронная пара с точки зрения его вклада в эту часть дыхания), используются для создания хемиосмотического градиента. Возможно, вы слышали о градиенте концентрации, при котором молекулы перетекают из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией, например, кубик сахара, растворяющийся в воде, и частицы сахара рассеиваются повсюду. В хемиосмотическом градиенте, однако, электроны из NADH и FADH2 проходят через белки, встроенные в мембрану и служащие в качестве систем переноса электронов. Энергия, выделяемая в этом процессе, используется для перекачки ионов водорода через мембрану и создания градиента концентрации через нее. Это приводит к чистому потоку атомов водорода в одном направлении, и этот поток используется для питания фермента, называемого АТФ-синтазой, который превращает АТФ из АДФ и П. Думайте о цепи переноса электронов как о чем-то, что ставит большой вес воды позади водяное колесо, последующее вращение которого используется для создания вещей.

Не случайно, это тот же процесс, который используется в хлоропластах для усиления синтеза глюкозы. Источником энергии для создания градиента через мембрану хлоропласта в этом случае является не NADH и FADH2, а солнечный свет. Последующий поток ионов водорода в направлении более низкой концентрации ионов H + используется для усиления синтеза более крупных молекул углерода из более мелких, начиная с CO2 и заканчивая C6H12O6.

Энергия, которая течет из хемиосмотического градиента, используется не только для производства АТФ, но и для других жизненно важных клеточных процессов, таких как синтез белка. Если цепь переноса электронов прервана (как при длительной депривации кислорода), этот градиент протонов не может быть сохранен, и производство клеточной энергии прекращается, так же как водяное колесо перестает течь, когда вода вокруг него больше не имеет градиента давления-потока.

Поскольку экспериментально показано, что каждая молекула NADH продуцирует около трех молекул АТФ, а каждая FADH2 продуцирует две молекулы АТФ, общая энергия, выделяемая в результате цепной реакции переноса электронов, составляет (обращаясь к предыдущему разделу) 10 раз 3 (для НАДН ) плюс 2 раза 2 (для FADH2) в общей сложности 34 АТФ. Добавьте это к 2 АТФ из гликолиза и 2 из цикла Кребса, и вот откуда взялась цифра 38 АТФ в уравнении для аэробного дыхания.