Peranan utama tenaga dalam laluan metabolik bergantung pada proses, intipatinya ialah fosforilasi oksidatif. Nutrien dioksidakan, dengan itu membentuk tenaga yang disimpan oleh badan dalam mitokondria sel sebagai ATP. Setiap bentuk kehidupan darat mempunyai nutrien kegemarannya sendiri, tetapi ATP ialah sebatian universal, dan tenaga yang dihasilkan oleh fosforilasi oksidatif disimpan untuk digunakan untuk proses metabolik.
Bakteria
Lebih daripada tiga setengah bilion tahun yang lalu, organisma hidup pertama muncul di planet kita. Kehidupan berasal dari Bumi disebabkan oleh fakta bahawa bakteria yang muncul - organisma prokariotik (tanpa nukleus) dibahagikan kepada dua jenis mengikut prinsip pernafasan dan pemakanan. Melalui pernafasan - ke dalam aerobik dan anaerobik, dan oleh pemakanan - ke dalam prokariot heterotropik dan autotrof. Peringatan ini hampir tidak berlebihan, kerana fosforilasi oksidatif tidak dapat dijelaskan tanpa konsep asas.
Jadi, prokariot berhubung dengan oksigen(klasifikasi fisiologi) dibahagikan kepada mikroorganisma aerobik, yang tidak peduli terhadap oksigen bebas, dan aerobik, yang aktiviti pentingnya bergantung sepenuhnya pada kehadirannya. Merekalah yang menjalankan fosforilasi oksidatif, berada dalam persekitaran yang tepu dengan oksigen bebas. Ia adalah laluan metabolik yang paling banyak digunakan dengan kecekapan tenaga yang tinggi berbanding dengan penapaian anaerobik.
Mitokondria
Konsep asas lain: apakah itu mitokondria? Ini adalah bateri tenaga sel. Mitokondria terletak di dalam sitoplasma dan terdapat jumlah yang luar biasa - di dalam otot seseorang atau di dalam hatinya, sebagai contoh, sel mengandungi sehingga satu setengah ribu mitokondria (hanya di mana metabolisme yang paling intensif berlaku). Dan apabila fosforilasi oksidatif berlaku dalam sel, ini adalah kerja mitokondria, mereka juga menyimpan dan mengagihkan tenaga.
Mitokondria tidak bergantung pada pembahagian sel, ia sangat mudah alih, bergerak bebas dalam sitoplasma apabila mereka memerlukannya. Mereka mempunyai DNA mereka sendiri, dan oleh itu mereka dilahirkan dan mati sendiri. Walau bagaimanapun, kehidupan sel bergantung sepenuhnya kepada mereka; tanpa mitokondria, ia tidak berfungsi, iaitu, kehidupan benar-benar mustahil. Lemak, karbohidrat, protein teroksida, mengakibatkan pembentukan atom hidrogen dan elektron - setara pengurangan, yang mengikuti lebih jauh di sepanjang rantai pernafasan. Beginilah cara fosforilasi oksidatif berlaku, mekanismenya, nampaknya, mudah.
Tidak begitu mudah
Tenaga yang dihasilkan oleh mitokondria ditukar kepada yang lain, iaitu tenaga kecerunan elektrokimia semata-mata untuk proton yang berada pada membran dalam mitokondria. Tenaga inilah yang diperlukan untuk sintesis ATP. Dan itulah sebenarnya fosforilasi oksidatif. Biokimia adalah sains yang agak muda, hanya pada pertengahan abad kesembilan belas granul mitokondria ditemui dalam sel, dan proses mendapatkan tenaga diterangkan lebih lama kemudian. Telah diperhatikan bagaimana trioses terbentuk melalui glikolisis (dan yang paling penting, asid piruvik) menghasilkan pengoksidaan selanjutnya dalam mitokondria.
Trios menggunakan tenaga pemisahan, yang daripadanya CO2 dibebaskan, oksigen digunakan dan sejumlah besar ATP disintesis. Semua proses di atas berkait rapat dengan kitaran oksidatif, serta rantai pernafasan yang membawa elektron. Oleh itu, fosforilasi oksidatif berlaku dalam sel, mensintesis "bahan api" untuk mereka - molekul ATP.
Kitaran oksidatif dan rantai pernafasan
Dalam kitaran oksidatif, asid trikarboksilik membebaskan elektron, yang memulakan perjalanan mereka sepanjang rantai pengangkutan elektron: pertama ke molekul koenzim, di sini NAD adalah perkara utama (nicotinamide adenine dinucleotide), dan kemudian elektron dipindahkan ke ETC (rantai pengangkutan elektrik),sehingga mereka bergabung dengan oksigen molekul dan membentuk molekul air. Fosforilasi oksidatif, mekanisme yang diterangkan secara ringkas di atas, dipindahkan ke tapak tindakan yang lain. Ini ialah rantai pernafasan - kompleks protein yang dibina ke dalam membran dalam mitokondria.
Di sinilah kemuncak berlaku - transformasi tenaga melalui urutan pengoksidaan dan pengurangan unsur. Yang menarik di sini ialah tiga perkara utama dalam rantaian pengangkutan elektro di mana fosforilasi oksidatif berlaku. Biokimia melihat proses ini dengan sangat mendalam dan teliti. Mungkin suatu hari nanti penawar baru untuk penuaan akan lahir dari sini. Jadi, pada tiga titik rantai ini, ATP terbentuk daripada fosfat dan ADP (adenosine diphosphate ialah nukleotida yang terdiri daripada ribosa, adenin dan dua bahagian asid fosforik). Itulah sebabnya proses itu mendapat namanya.
Pernafasan selular
Respirasi selular (dalam erti kata lain - tisu) dan fosforilasi oksidatif adalah peringkat proses yang sama yang diambil bersama. Udara digunakan dalam setiap sel tisu dan organ, di mana produk belahan (lemak, karbohidrat, protein) dipecahkan, dan tindak balas ini menghasilkan tenaga yang disimpan dalam bentuk sebatian makroergik. Pernafasan pulmonari biasa berbeza daripada pernafasan tisu kerana oksigen masuk ke dalam badan dan karbon dioksida dikeluarkan daripadanya.
Tubuh sentiasa aktif, tenaganya dibelanjakan untuk pergerakan dan pertumbuhan, untuk pembiakan diri, untuk kerengsaan dan banyak proses lain. Ia adalah untuk ini danfosforilasi oksidatif berlaku dalam mitokondria. Respirasi selular boleh dibahagikan kepada tiga peringkat: pembentukan oksidatif ATP daripada asid piruvik, serta asid amino dan asid lemak; sisa asetil dimusnahkan oleh asid trikarboksilik, selepas itu dua molekul karbon dioksida dan empat pasang atom hidrogen dibebaskan; elektron dan proton dipindahkan ke oksigen molekul.
Mekanisme tambahan
Pernafasan pada peringkat sel memastikan pembentukan dan penambahan ADP secara terus dalam sel. Walaupun badan boleh diisi semula dengan asid trifosforik adenosin dengan cara lain. Untuk ini, mekanisme tambahan wujud dan, jika perlu, disertakan, walaupun ia tidak begitu berkesan.
Ini adalah sistem di mana pemecahan bebas oksigen karbohidrat berlaku - glikogenolisis dan glikolisis. Ini bukan lagi fosforilasi oksidatif, tindak balasnya agak berbeza. Tetapi pernafasan selular tidak boleh berhenti, kerana dalam prosesnya, molekul yang sangat diperlukan bagi sebatian yang paling penting terbentuk, yang digunakan untuk pelbagai biosintesis.
Bentuk Tenaga
Apabila elektron dipindahkan dalam membran mitokondria, di mana fosforilasi oksidatif berlaku, rantai pernafasan dari setiap kompleksnya mengarahkan tenaga yang dibebaskan untuk menggerakkan proton melalui membran, iaitu, dari matriks ke ruang antara membran.. Kemudian beza keupayaan terbentuk. Proton bercas positif dan terletak di ruang antara membran, dan negatiftindakan bercas daripada matriks mitokondria.
Apabila beza potensi tertentu dicapai, kompleks protein mengembalikan proton kembali ke matriks, mengubah tenaga yang diterima menjadi berbeza sama sekali, di mana proses oksidatif digabungkan dengan fosforilasi ADP sintetik. Sepanjang pengoksidaan substrat dan pengepaman proton melalui membran mitokondria, sintesis ATP tidak berhenti, iaitu, fosforilasi oksidatif.
Dua jenis
Oksidatif dan fosforilasi substrat pada asasnya berbeza antara satu sama lain. Menurut idea moden, bentuk kehidupan yang paling kuno hanya dapat menggunakan tindak balas fosforilasi substrat. Untuk ini, sebatian organik yang wujud dalam persekitaran luaran telah digunakan melalui dua saluran - sebagai sumber tenaga dan sebagai sumber karbon. Walau bagaimanapun, sebatian sedemikian dalam persekitaran beransur-ansur menjadi kering, dan organisma yang telah muncul mula menyesuaikan diri, mencari sumber tenaga baharu dan sumber karbon baharu.
Jadi mereka belajar menggunakan tenaga cahaya dan karbon dioksida. Tetapi sehingga ini berlaku, organisma membebaskan tenaga daripada proses penapaian oksidatif dan juga menyimpannya dalam molekul ATP. Ini dipanggil fosforilasi substrat apabila kaedah pemangkinan oleh enzim larut digunakan. Substrat yang ditapai membentuk agen penurunan yang memindahkan elektron kepada penerima endogen yang dikehendaki - aseton, asetalhid, piruvat dan seumpamanya, atau H2 - hidrogen gas dibebaskan.
Ciri perbandingan
Berbanding dengan penapaian, fosforilasi oksidatif mempunyai hasil tenaga yang lebih tinggi. Glikolisis memberikan jumlah hasil ATP dua molekul, dan dalam prosesnya, tiga puluh hingga tiga puluh enam disintesis. Terdapat pergerakan elektron kepada sebatian penerima daripada sebatian penderma melalui tindak balas oksidatif dan pengurangan, membentuk tenaga yang disimpan sebagai ATP.
Eukariota menjalankan tindak balas ini dengan kompleks protein yang disetempat di dalam membran sel mitokondria, dan prokariot bekerja di luar - dalam ruang antara membrannya. Kompleks protein terpaut inilah yang membentuk ETC (rantai pengangkutan elektron). Eukariota hanya mempunyai lima kompleks protein dalam komposisinya, manakala prokariot mempunyai banyak, dan semuanya berfungsi dengan pelbagai jenis penderma elektron dan penerimanya.
Sambungan dan pemutusan sambungan
Proses pengoksidaan mencipta potensi elektrokimia, dan dengan proses fosforilasi potensi ini digunakan. Ini bermakna konjugasi disediakan, jika tidak - pengikatan proses fosforilasi dan pengoksidaan. Oleh itu namanya, fosforilasi oksidatif. Potensi elektrokimia yang diperlukan untuk konjugasi dicipta oleh tiga kompleks rantai pernafasan - yang pertama, ketiga dan keempat, yang dipanggil titik konjugasi.
Jika membran dalam mitokondria rosak atau kebolehtelapannya meningkat daripada aktiviti uncoupler, ini pasti akan menyebabkan kehilangan atau penurunan potensi elektrokimia, danseterusnya berlaku pembongkaran proses fosforilasi dan pengoksidaan, iaitu pemberhentian sintesis ATP. Fenomena apabila potensi elektrokimia hilang yang dipanggil pemisahan fosforilasi dan respirasi.
Penyambung
Keadaan di mana pengoksidaan substrat berterusan dan fosforilasi tidak berlaku (iaitu, ATP tidak terbentuk daripada P dan ADP) ialah pemisahan pemfosforilasi dan pengoksidaan. Ini berlaku apabila uncoupler mengganggu proses. Apakah itu dan apakah hasil yang mereka perjuangkan? Katakan sintesis ATP sangat berkurangan, iaitu, ia disintesis dalam jumlah yang lebih kecil, manakala rantai pernafasan berfungsi. Apa yang berlaku kepada tenaga? Ia memancar seperti kehangatan. Semua orang merasakan ini apabila mereka sakit kerana demam.
Adakah anda mempunyai suhu? Jadi pemutus telah berfungsi. Contohnya, antibiotik. Ini adalah asid lemah yang larut dalam lemak. Menembusi ke dalam ruang antara membran sel, mereka meresap ke dalam matriks, menyeret proton terikat bersamanya. Tindakan uncoupling, sebagai contoh, mempunyai hormon yang dirembeskan oleh kelenjar tiroid, yang mengandungi iodin (triiodothyronine dan thyroxine). Sekiranya kelenjar tiroid hiperfungsi, keadaan pesakit sangat teruk: mereka kekurangan tenaga ATP, mereka mengambil banyak makanan, kerana tubuh memerlukan banyak substrat untuk pengoksidaan, tetapi mereka menurunkan berat badan, kerana bahagian utama tenaga yang diterima hilang dalam bentuk haba.
