Oksidatif fosforilasyon aşamaları, ürünler, fonksiyonlar ve inhibitörler

oksidatif fosforilasyon ATP moleküllerinin ADP ve P'den sentezlendiği bir işlemdir._ben (inorganik fosfat). Bu mekanizma bakteri ve ökaryotik hücreler tarafından gerçekleştirilir. Ökaryotik hücrelerde fosforilasyon, fotosentetik olmayan hücrelerin mitokondriyal matrisinde gerçekleştirilir.

ATP üretimi, elektronların NADH veya FADH koenzimlerinden transferi ile gerçekleştirilir.₂ O₂. Bu işlem hücrede en yüksek enerji üretimini temsil eder ve karbonhidratların ve yağların parçalanmasından kaynaklanır..

Yükte depolanan enerji ve ayrıca protonik hareket kuvveti olarak da bilinen pH gradyanları, bu işlemin gerçekleştirilmesine izin verir. Oluşan proton gradyanı, zarın dış kısmının protonların konsantrasyonu nedeniyle pozitif bir yüke sahip olmasına neden olur (H⁺) ve mitokondriyal matris negatif.

indeks

• 1 Oksidatif fosforilasyonun gerçekleştiği yerler?
  • 1.1 Hücre Santrali
• 2 Aşama
  • 2.1 Elektron taşıma zinciri
  • 2.2 Süksinat CoQ redüktaz
  • 2.3 Enerji bağlanması veya iletimi
  • 2.4 Kemosmotik bağlanma
  • ATP'nin 2.5 Sentezi
• 3 Ürün
• 4 İşlev
• 5 Oksidatif fosforilasyonun kontrolü
  • 5.1 ATP üretiminin koordineli kontrolü
  • 5.2 Alıcı tarafından kontrol
  • 5.3 Ayrıştırma maddeleri
  • 5.4 İnhibitörler
• 6 Kaynakça

Oksidatif fosforilasyon nerede oluşur??

Elektron taşınımı ve oksidatif fosforilasyon işlemleri bir zar ile ilişkilidir. Prokaryotlarda bu mekanizmalar plazma zarı boyunca gerçekleştirilir. Ökaryotik hücrelerde mitokondrinin zarı ile birleşirler..

Hücrelerde bulunan mitokondri sayısı, hücre tipine göre değişir. Örneğin, memelilerde eritrositler bu organellerden yoksundur, ancak kas hücreleri gibi diğer hücre türlerinde milyonlarca insan bulunabilir..

Mitokondrial membran, basit bir dış zardan, biraz daha karmaşık bir iç zardan ve bunların ortasında ATP'ye bağımlı birçok enzimin bulunduğu intermembranal boşluktan oluşur..

Dış zar, küçük moleküllerin basit difüzyon kanallarını oluşturan porin adlı bir protein içerir. Bu membran, mitokondrinin yapısını ve şeklini korumaktan sorumludur..

Dahili membran daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir ve proteinler bakımından zengindir. Aynı zamanda moleküller ve iyonlar için de geçirimsizdir, bu yüzden onu geçebilmek için onları taşıyan zarlar arası proteinlere ihtiyaç duyarlar..

Matris içinde, iç zarın kıvrımları uzanır ve küçük bir hacimde geniş bir alana sahip olmasını sağlayan çıkıntılar oluşturur.

Hücre santrali

Mitokondri, hücresel enerjinin ana üreticisi olarak kabul edilir. İçinde sitrik asit döngüsünün işlemlerinde yer alan enzimler, yağ asitlerinin ve enzimlerinin oksidasyonu ve elektron taşınımının redoks proteinleri ve ADP'nin fosforilasyonu.

Proton derişimi gradyanı (pH gradyanı) ve mitokondrinin iç membranındaki yükler ve elektrik potansiyeli gradyanı proton hareket kuvvetinden sorumludur. İyonlar için iç zarın düşük geçirgenliği (H hariç)⁺) mitokondrinin sabit bir voltaj gradyanına sahip olmasını sağlar.

Elektronik taşıma, proton pompalama ve ATP elde etme, protonik hareket kuvveti sayesinde mitokondride eşzamanlı olarak gerçekleşir. PH gradyanı, intermembrandaki asit koşullarını ve alkali koşullarla mitokondriyal matrisini korur.

OR'a aktarılan her iki elektron için₂ Elektrokimyasal bir gradyan oluşturarak, zardan yaklaşık 10 proton pompalanır. Bu işlemde salınan enerji, elektronların konveyör zincirinden geçirilmesiyle kademeli olarak üretilir..

aşamaları

NADH ve FADH'nin oksidasyon-indirgenme reaksiyonları sırasında salınan enerji₂ oldukça yüksektir (her bir elektron çifti için yaklaşık 53 kcal / mol), bu nedenle ATP moleküllerinin üretiminde kullanılmak üzere, elektronların taşıyıcılar arasından geçişi ile yavaş yavaş üretilmesi gerekir..

Bunlar, iç mitokondri zarında bulunan dört kompleks halinde düzenlenmiştir. Bu reaksiyonların ATP sentezine bağlanması beşinci bir kompleks halinde gerçekleştirilir.

Elektron taşıma zinciri

NADH, elektron taşıma zincirinin kompleks I'ine giren bir çift elektron aktarır. Elektronlar flavin mononükleotidine ve daha sonra ubikinona (koenzim Q) bir demir-kükürt taşıyıcı ile aktarılır. Bu işlem çok miktarda enerji açığa çıkarır (16.6 kcal / mol).

Ubiquinone, elektronları membrandan karmaşık III'e taşır. Bu komplekste elektronlar b ve c sitokromlarından geçer₁ demir-kükürt taşıyıcı sayesinde.

Kompleks III'ten elektronlar, IV kompleksine (sitokrom c oksidaz) geçer, tek tek sitokrom c'ye (membran periferal protein) transfer edilir. IV kompleksinde elektronlar bir çift bakır iyonundan geçer (Cu_için²⁺), sonra sitokrom c_için, sonra başka bir çift bakır iyonuna (Cu_b²⁺) ve bundan sitokrom a₃.

Son olarak, elektronlar OR'e aktarılır.₂ bu son alıcıdır ve bir su molekülü oluşturur (H₂O) alınan her elektron çifti için. Elektronların karmaşık IV'ten O'ya geçişi₂ ayrıca büyük miktarda serbest enerji üretir (25.8 kcal / mol).

Süksinat CoQ redüktaz

Kompleks II (süksinat CoQ redüktaz) sitrik asit döngüsünden bir süksinat molekülünün fumarat'a oksidasyonu yoluyla bir çift elektron alır. Bu elektronlar, bir demir-kükürt grubundan geçerek ubikinona FAD'ye aktarılır. Bu koenzimden kompleks III'e giderler ve daha önce tarif edilen rotayı takip ederler..

FAD'a elektron transfer reaksiyonunda salınan enerji, protonları zar boyunca hareket ettirmek için yeterli değildir, bu nedenle zincirin bu aşamasında hiçbir protonik hareket gücü üretilmez ve sonuç olarak FADH daha az H verir.⁺ Bu NADH.

Enerjinin bağlanması veya iletilmesi

Daha önce tarif edilen elektron taşıma işleminde üretilen enerji, ATP üretimi için, ATP sentaz enzimi veya kompleks V enzimi tarafından katalizlenen bir reaksiyon olan ATP üretimi için kullanılabiliyor olmalıdır. karakterize etmek zor.

Bu enerji iletimini tanımlamak için çeşitli hipotezler tanımlanmıştır. En iyi kabul edilen, aşağıda açıklanan kemosmotik eşleşme hipotezidir..

Kemosmotik bağlanma

Bu mekanizma, ATP'nin sentezi için kullanılan enerjinin hücre zarlarındaki protonik bir meyilden geldiğini önermektedir. Bu işlem mitokondri, kloroplast ve bakterilere müdahale eder ve elektron taşınımı ile bağlantılıdır..

Elektronik taşımacılığın I ve IV kompleksleri proton pompaları olarak işlev görür. Bunlar, protonları bölgeler arası boşluğa pompalamalarını sağlayan konformasyonel değişikliklerden geçer. Her bir elektron çifti için IV kompleksinde, iki proton membrandan dışarı pompalanır ve iki tanesi, matris oluşturan H'de kalır₂Ey.

III kompleksi içindeki Ubiquinone, I ve II komplekslerinden protonları kabul eder ve onları zarın dışında bırakır. Kompleks I ve III'ün her biri taşınan her bir elektron çifti için dört proton geçişine izin verir..

Mitokondriyal matris düşük proton konsantrasyonuna ve negatif elektrik potansiyeline sahipken, intermembran alanı ters koşulları gösterir. Protonların bu zardan akışı, ATP sentezi için gerekli enerjiyi (proton başına ± 5 kcal / mol) depolayan elektrokimyasal gradyanı içerir..

ATP Sentezi

ATP sentetaz enzimi, oksidatif fosforilasyonda rol alan beşinci kompleksdir. ATP oluşturmak için elektrokimyasal gradyanın enerjisinden yararlanmak sorumludur..

Bu transmembran proteini iki bileşenden oluşur: F₀ ve F₁. F bileşeni₀ Protonların bir kanal ve F olarak işlev gören mitokondriyal matrise geri dönmesine izin verir.₁ ADP ve P ile ATP sentezini katalize eder_ben, söz konusu getirinin enerjisini kullanmak.

ATP sentezi işlemi F’de yapısal bir değişiklik gerektirir₁ ve F bileşenlerinin montajı₀ ve F₁. F ile proton translokasyonu₀ F'nin üç alt biriminde konformasyonel değişikliklere neden olur₁, ATP'nin oluşumunu yönlendiren, rotasyon motoru gibi davranmasını sağlamak.

ADP'nin P ile bağlanmasından sorumlu olan alt birim_ben zayıf bir durumdan (L) aktif olana (T) gider. ATP oluşturulduğunda, ikinci bir alt birim, bu molekülün salımını sağlayan açık bir duruma (O) gider. ATP serbest bırakıldıktan sonra, bu alt birim açık durumdan etkin olmayan bir duruma (L) gider.

ADP ve P molekülleri_ben O durumundan L durumuna geçen bir alt birime katılmak.

üretmek

Elektron taşıma zinciri ve fosforilasyonu ATP molekülleri üretir. NADH'nin oksidasyonu yaklaşık 52.12 kcal / mol (218 kJ / mol) serbest enerji üretir..

NADH'nin oksidasyonu için genel reaksiyon:

NADH + 1/2 O₂ +'H⁺ ↔ H₂O + NAD⁺

Elektronların NADH ve FADH'den transferi₂ ATP'nin sentezine bağlanan serbest enerji değişiminin ΔG ° 'nin daha küçük "enerji paketlerine" ayrılmasını sağlayan birkaç kompleks aracılığıyla verilir..

Bir NADH molekülünün oksidasyonu, üç ATP molekülünün sentezini üretir. Bir FADH molekülünün oksidasyonu sırasında₂ iki ATP sentezine bağlanmıştır.

Bu koenzimler, glikoliz ve sitrik asit döngüsünden gelir. Bozulmuş her glikoz molekülü için, hücrelerin konumuna bağlı olarak 36 veya 38 ATP molekülü üretilir. Beyinde ve iskelet kasında 36 ATP, kas dokusunda 38 ATP üretilir..

fonksiyonlar

Tek hücreli ve çok hücreli tüm organizmalar, içindeki süreçleri yürütmek için hücrelerinde minimum bir enerjiye ihtiyaç duyarlar ve ardından tüm organizmada hayati fonksiyonları sürdürür.

Metabolik süreçler, enerjinin gerçekleştirilmesini gerektirir. Kullanılabilir enerjinin çoğu, karbonhidrat ve yağların bozulmasıyla elde edilir. Sözü edilen enerji oksidatif fosforilasyon işleminden türetilir.

Oksidatif fosforilasyonun kontrolü

Hücrelerde ATP kullanım oranı aynı sentezi kontrol eder ve sırayla, oksidatif fosforilasyonun elektron taşıma zinciri ile birleştirilmesi nedeniyle, genel olarak elektronik taşıma hızını da düzenler..

Oksidatif fosforilasyon, ATP'nin tüketildiğinden daha hızlı üretilmemesini sağlayan sıkı bir kontrole sahiptir. Enerji üretim oranını düzenleyen elektron taşınımı ve birleşik fosforilasyon işleminde bazı adımlar vardır..

ATP üretiminin koordineli kontrolü

Ana enerji üretim yolları (hücresel ATP) glikoliz, sitrik asit döngüsü ve oksidatif fosforilasyondur. Bu üç işlemin koordineli kontrolü ATP sentezini düzenler.

ATP'nin kütle hareket oranı ile fosforilasyonun kontrolü, elektronların taşıma zincirindeki kesin katkısına bağlıdır. Bu da [NADH] / [NAD ilişkisine bağlıdır.⁺] glikolizin etkisiyle ve sitrik asit döngüsüyle yükseltilmiş korunan.

Bu koordineli kontrol, glikolizin (sitrat tarafından inhibe edilen PFK) kontrol noktalarının ve sitrik asit döngüsünün (Piruvat dehidrojenaz, sitrat bandı, izositrat dehidrojenaz ve a-ketoglutarat dehidrojenaz) kontrol noktalarının düzenlenmesi ile gerçekleştirilir..

Alıcı tarafından kontrol

IV kompleksi (sitokrom c oksidaz), substratlarından biri tarafından düzenlenen bir enzimdir; bu, aktivitesinin, azaltılmış sitokrom c (c) ile kontrol edildiği anlamına gelir.²⁺), sırasıyla [NADH] / [NAD arasındaki konsantrasyon oranı ile dengede olan⁺] ve [ATP] / [ADP] + [P'nin kütle hareket oranı_ben].

[NADH] / [NAD] ilişkisi daha yüksek⁺] ve [ATP] / [ADP] + [P değerlerini indirin_ben], orada daha fazla konsantrasyon sitokrom olacaktır [c²⁺] ve IV kompleksinin aktivitesi daha büyük olacaktır. Bu, örneğin, farklı dinlenme ve yüksek aktivite aktiviteleri olan organizmaları karşılaştırırsak yorumlanır..

Fiziksel aktivitesi yüksek bir bireyde ATP tüketimi ve dolayısıyla ADP + P'ye hidrolizi_ben çok yüksek olacak, [c de artışa neden olan kütle hareket oranında bir fark yaratacak²⁺] ve bu nedenle ATP sentezinde bir artış. Dinlenme halindeki bir bireyde, ters durum oluşur.

Sonunda, oksidatif fosforilasyon oranı, mitokondri içindeki ADP konsantrasyonu ile artar. Bu konsantrasyon, adenin nükleotitlerinin ve P'nin taşınmasından sorumlu olan ADP-ATP translokatörlerine bağlıdır_ben sitozolden mitokondriyal matrise.

Ayırıcı ajanlar

Oksidatif fosforilasyon, elektronik taşınmanın ADP'nin fosforilasyonu olmadan devam etmesini, üretimin ayrılmasını ve enerjinin korunmasını sürdürmesini sağlayan belirli kimyasal ajanlardan etkilenir..

Bu ajanlar, ADP yokluğunda mitokondrinin oksijen tüketim hızını uyarmakta ve ayrıca ATP'nin hidrolizinde bir artışa neden olmaktadır. Bir aracıyı ortadan kaldırarak veya elektron taşıma zincirinin enerji durumunu kırarak hareket ederler..

Mitokondriyal zarlardan geçen zayıf bir asit olan 2,4-dinitrofenol, proton gradyanının dağılmasından sorumludur, çünkü asidik tarafta kendilerine bağlanır ve bazik olarak salınırlar.

Bu bileşik, "kilo verme hapı" olarak kullanıldı, çünkü solunumta bir artış, dolayısıyla metabolik hızda ve buna bağlı kilo kaybında bir artış meydana getirdiği bulundu. Bununla birlikte, olumsuz etkisinin ölüme neden olabileceği gösterilmiştir.

Proton gradyanının dağılması ısı üretir. Kahverengi adipoz doku hücreleri, ısı üretmek için hormonal olarak kontrol edilen dekuplajı kullanır. Kış uykusundaki memeliler ve saçsız yenidoğanlarda bir çeşit termal battaniye görevi gören bu doku bulunur..

inhibitörler

Bileşikler veya inhibe edici ajanlar, hem O tüketimini önler₂ (elektronik taşıma) ilişkili oksidatif fosforilasyon olarak. Bu ajanlar elektronik taşımacılıkta üretilen enerjiyi kullanarak ATP oluşumunu önler. Bu nedenle, bu enerji tüketimi uygun olmadığında taşıma zinciri durur.

Antibiyotik oligomisin, birçok bakteride fosforilasyon inhibitörü olarak görev yapar, ADP'nin ATP sentezine uyarılmasını önler.

K gibi katyonlarla liposoluble kompleksler yapan iyonofor ajanları da vardır.⁺ ve Na⁺, ve mitokondriyal zardan bahsedilen katyonlarla geçerler. Mitokondri daha sonra ATP'yi sentezlemek yerine katyonları pompalamak için elektronik taşıtta üretilen enerjiyi kullanır.

referanslar

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. ve Walter, P. (2004). Temel hücre biyolojisi. New York: Çelenk Bilimi.
2. Cooper, G.M., Hausman, R.E. & Wright, N. (2010). Hücre. (pp. 397-402). Marban.
3. Devlin, T.M. (1992). Biyokimya ders kitabı: klinik korelasyon ile. John Wiley & Sons, Inc.
4. Garrett, R.H., & Grisham, C.M. (2008). biokimya. Thomson Brooks / Cole.
5. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ve Matsudaira, P. (2008). Moleküler hücre biyolojisi. Macmillan.
6. Nelson, D.L., & Cox, M.M. (2006). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri 4. baskı. Ed Omega. Barselona.
7. Voet, D., ve Voet, J.G. (2006). biokimya. Ed. Panamericana Medical.