Fosforilasi oksidatif -- pengertian dan proses

Fosforilasi oksidatif adalah jalur metabolisme di mana mitokondria dalam sel menggunakan energi yang dilepaskan oleh oksidasi nutrisi untuk mensintesis ATP.

Dalam membran aktif yang energik kita menemukan rantai transpor elektron yang terdiri dari 4 kompleks membran yang melaluinya terdapat transpor elektron yang, dalam siklus reduksi oksidasi, memungkinkan pembentukan gradien proton untuk penggunaan selanjutnya dalam sintesis ATP.

Kompleks 1 dan 2 mengambil elektron dari dua pengangkut elektron di mana energi nutrisi sebelumnya disimpan. Kompleks 1 mengambilnya dari NADH, sedangkan kompleks 2 mengambilnya dari FADH2.

Dua transporter transmembran elektron ini mentransfer elektron mereka ke elemen yang sama, ubiquinone, yang mentransfer elektron ke sitokrom c yang terkait dengan aktivitas transporter elektron ketiga.

Transporter keempat melewati elektron dari sitokrom c ke oksigen. Ini menghasilkan kekuatan motif proton yang akan digunakan untuk menggerakkan sintesis ATP. Transporter ini bergabung dengan membentuk kompleks molekul yang disebut respirasom.

Proses

Berikut ini ringkasan proses yang sangat ringkas.

Tahap 1 adalah glikolisis.

  • Glikolisis adalah jalur 10 langkah. Reaksi keseluruhannya adalah
  • C6H12O6 + 2NAD ++ 2ADP + 2P → 2CH3 (C = O) COOH + 2ATP + 2NADH + 2H +.

Tahap 2 adalah dekarboksilasi oksidatif.

Persamaan keseluruhannya adalah

  • piruvat + CoA + NAD + → asetil-KoA + NADH + H ++ CO2
  • Fitur penting adalah NAD + digunakan untuk menghilangkan dua atom H dan 2 elektron dari piruvat.
  • NADH kemudian menuju ke rantai transpor elektron untuk membantu menciptakan lebih banyak ATP, dan asetil-KoA memasuki Siklus Asam trikarboksilat.

Tahap 3 adalah Siklus Asam trikarboksilat

Siklus Asam trikarboksilat adalah serangkaian delapan reaksi yang terjadi di lapisan dalam mitokondria.

  • Mereka sepenuhnya mengoksidasi asetat menjadi karbon dioksida.
  • Persamaan keseluruhan adalah:
  • 2acetyl-CoA + 6NAD + 2FAD + 2ADP + 2P + 4H2O → 4CO2 + 2CoA + 6NADH ++ FADH2 ++ 2ATP + 6H +
  • Energi yang dihasilkan disimpan dalam ATP, NADH, dan FADH2.
  • NADH dan FADH2 melanjutkan ke rantai transpor elektron.

Tahap 4 adalah Rantai Transpor Elektron

Di sini ion H + dan elektron yang diproduksi pada langkah sebelumnya bergabung dengan oksigen untuk membentuk air.

  • Saat ion hidrogen mengalir, ATP terbuat dari ADP dan ion fosfat.
  • Reaksi bersih adalah:
  • 2ADP + 2P + 2NADH + O2 + 2H + → 2ATP + 2NAD ++ 2H2O
  • Secara total, satu molekul glukosa menghasilkan sekitar 32 molekul ATP dengan fosforilasi oksidatif.

Fosforilasi oksidatif menyumbang sekitar 90% dari total ATP tubuh.

NADH dan NADPH membawa 2 elektron, sedangkan FADH dan FMNH dapat membawa 1 atau 2 elektron, memiliki bentuk tereduksi sebagian dan bentuk tereduksi lengkap. Kompleks 1 mengambil elektron dari NADH, kompleks 2 mengambilnya dari suksinat.

Kompleks 1 menerima elektron 2 x 2 dari NADH, mentransfernya ke flavin nukleotida, FMN, beralih dari bentuk teroksidasi sepenuhnya ke bentuk tereduksi sepenuhnya, FMNH2 (hydroquinone). Molekul FMNH2 ini memiliki potensi listrik yang tergantung pada lingkungan di mana molekul itu berada.

FMNH2 ini dapat memberikan 1 atau 2 elektron ke komponen berikutnya, dan memberikan 1 ke pusat ferrosulfurisasi karena mereka hanya dapat menerima atau memberikan satu elektron, karena ia hanya memiliki 2 keadaan oksidasi. Pusat ferrosulfurisasi ini mentransfer elektron 1 in 1 ke transporter seluler pertama, ke ubiquinone, yang tidak hanya menerima elektron dari kompleks 1 tetapi juga dapat menerimanya dari kompleks 2.

Pusat reduksi oksida yang muncul dalam kompleks 2 adalah suksinat, yang mengangkut energi dalam bentuk ikatan tio-ester. Suksinat ini menghasilkan 2 elektron pada FAD, menghasilkan FADH2 (bentuk hidrokuinon). FADH2 ini menghasilkan elektronnya ke pusat ferrosulfurisasi 1-in-1, yang menghasilkan elektron ke ubiquinone 1-in-1.

Sekarang ada siklus Q yang dilewati ubiquinone saat menerima elektron 1-by-1, ubiquinone ini melewati elektron ke pusat ferosulfat dari kompleks 3, yang menghasilkan elektron ke sitokrom, yang hanya melewati dua keadaan redoks karena elemen fungsionalnya masih Fe, sehingga mereka diberikan 1 oleh 1.

Sitokrom ini meneruskan elektron ke elemen seluler kedua, sitokrom C, yang menangkap elektron 1 in 1 dan mentransfernya ke sitokrom lain di kompleks 4, 1 in 1 juga. Sitokrom pertama dari kompleks 4 mentransfer elektron ke atom tembaga, yang juga memiliki 2 tingkat oksidasi, menerima dan menyumbangkan elektron 1 demi 1.

Tembaga ini menghasilkan elektron ke sitokrom 1 dalam 1. Akhirnya, sitokrom tereduksi dari kompleks 4 ini memindahkan elektron ke oksigen, sehingga reduksi oksigen mengarah ke reduksi air.

Aliran elektron dari NADH pertama ke oksigen terjadi secara spontan, itu disukai secara termodinamika. Elektron berkisar dari potensial reduksi terendah hingga tertinggi.

Aliran elektron melepaskan sejumlah energi yang mungkin atau mungkin tidak cukup untuk memompa proton dari satu sisi membran ke sisi lainnya. Dalam kompleks 1, 3 dan 4, nilai energi yang cukup diberikan untuk memompa proton, sedangkan pada kompleks 2, tidak cukup energi yang dilepaskan untuk memompa proton dari satu sisi membran ke sisi lainnya.

Generasi ATP

Membran dalam mitokondria (atau tilakoidal) tidak dapat ditembus oleh proton, sehingga mereka hanya dapat kembali masuk melalui pori membran yang merupakan bagian dari pompa proton yang disimpan dalam semua sel yang melakukan fosforilasi oksidatif.

Transfer proton yang mendukung gradien elektrokimia melepaskan sejumlah energi yang digunakan untuk mendorong sintesis ATP oleh enzim yang terkait dengan pori transmembran spesifik proton yang merupakan bagian dari struktur ATP sintase. Pori dikenal sebagai Fo dan domain katalitik ATP adalah F1.

Ini memiliki struktur kepala-batang yang khas. Kepala adalah protein membran perifer yang menghadap sisi dalam membran mitokondria. Ini disebut domain F1, karena merupakan faktor penting pertama untuk fosforilasi ADP dan di sinilah kapasitas sintesis ATP muncul.

Ekor adalah seperangkat polipeptida yang membentuk domain yang melintasi bidang membran mitokondria bagian dalam secara tegak lurus. Zat ini sensitif terhadap oligomisin, antibiotik yang menghambat transpor proton, oleh karenanya dikenal sebagai domain Fo. Ini adalah saluran melalui mana ion mengalir.

Energi yang tersimpan dalam gaya motif proton akan digunakan untuk menggerakkan sintesis ATP melalui mekanisme tertentu. Kepala terdiri dari 5 subunit yang berbeda, 3 alpha, 3 beta, 1 gamma dan 1 epsilon yang membentuk batang dan juga 1 delta. Yang terakhir dikaitkan dengan protein yang merupakan bagian dari domain transporter proton.

Protein yang merupakan bagian dari domain transmembran adalah identik 1A, 2B, dan 10 atau 12C. Mereka bergabung dengan membentuk struktur berbentuk tong yang melintasi membran. Melalui mereka terjadi transfer proton dari satu sisi ke sisi lain.

Salah satu fitur yang paling aneh adalah bahwa itu tidak hanya mengkatalisis fosforilasi ADP untuk memberikan ATP, tetapi dapat dilakukan secara terbalik. Apakah satu atau yang lain terjadi tergantung pada gradien elektrokimia proton.

Sintesis ATP tidak memerlukan energi, tetapi energi gradien tersebut digunakan untuk melepaskan ATP yang disintesis dari sub-unit enzim di mana ia disintesis. Konstanta disosiasi untuk ADP jauh lebih tinggi daripada ATP, sehingga afinitas untuk ATP jauh lebih tinggi. Tanpa energi gradien proton, ATP tidak dapat dilepaskan dari subunit beta, situs katalitik.



Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *