Enerjinin metabolik yoldaki öncü rolü, özü oksidatif fosforilasyon olan sürece bağlıdır. Besinler oksitlenir, böylece vücudun hücrelerin mitokondrilerinde ATP olarak depoladığı enerjiyi oluşturur. Karasal yaşamın her biçiminin kendi favori besinleri vardır, ancak ATP evrensel bir bileşiktir ve oksidatif fosforilasyonun ürettiği enerji, metabolik süreçler için kullanılmak üzere depolanır.
Bakteri
Üç buçuk milyar yıldan fazla bir süre önce, ilk canlı organizmalar gezegenimizde ortaya çıktı. Yaşam, ortaya çıkan bakterilerin - prokaryotik organizmaların (çekirdeksiz) solunum ve beslenme ilkesine göre iki türe ayrılması nedeniyle Dünya'da ortaya çıktı. Solunum yoluyla - aerobik ve anaerobik ve beslenme yoluyla - heterotrofik ve ototrofik prokaryotlara. Bu hatırlatma pek gereksiz değil çünkü oksidatif fosforilasyon temel kavramlar olmadan açıklanamaz.
Öyleyse, prokaryotların oksijenle ilişkisi(fizyolojik sınıflandırma), serbest oksijene kayıtsız olan aerobik mikroorganizmalara ve hayati aktivitesi tamamen varlığına bağlı olan aerobik olarak ayrılır. Serbest oksijene doymuş bir ortamda oksidatif fosforilasyon yapan onlardır. Anaerobik fermantasyona kıyasla yüksek enerji verimliliği ile en yaygın kullanılan metabolik yoldur.
Mitokondri
Başka bir temel kavram: mitokondri nedir? Bu, hücrenin enerji pilidir. Mitokondri sitoplazmada bulunur ve inanılmaz miktarda vardır - bir kişinin kaslarında veya karaciğerinde, örneğin hücreler bir buçuk bin mitokondri içerir (tam da en yoğun metabolizmanın gerçekleştiği yer). Ve bir hücrede oksidatif fosforilasyon meydana geldiğinde, bu mitokondrilerin işidir, ayrıca enerji depolar ve dağıtırlar.
Mitokondri hücre bölünmesine bile bağlı değildir, çok hareketlidirler, ihtiyaç duyduklarında sitoplazmada serbestçe hareket ederler. Kendi DNA'larına sahiptirler ve bu nedenle kendi başlarına doğarlar ve ölürler. Bununla birlikte, bir hücrenin yaşamı tamamen onlara bağlıdır; mitokondri olmadan çalışmaz, yani yaşam gerçekten imkansızdır. Yağlar, karbonhidratlar, proteinler oksitlenir, bu da hidrojen atomları ve elektronların oluşumuyla sonuçlanır - solunum zinciri boyunca daha fazla takip eden indirgeyici eşdeğerler. Oksidatif fosforilasyon böyle oluşur, mekanizması basit görünüyor.
O kadar kolay değil
Mitokondri tarafından üretilen enerji, tamamen mitokondrinin iç zarındaki protonlar için elektrokimyasal gradyanın enerjisi olan bir diğerine dönüştürülür. ATP sentezi için gerekli olan bu enerjidir. Oksidatif fosforilasyon da tam olarak budur. Biyokimya oldukça genç bir bilimdir, ancak on dokuzuncu yüzyılın ortalarında hücrelerde bulunan mitokondriyal granüller vardı ve enerji elde etme süreci çok daha sonra tanımlandı. Glikoliz (ve en önemlisi pirüvik asit) yoluyla oluşan triozların mitokondride nasıl daha fazla oksidasyon ürettiği gözlemlendi.
Triozlar, CO2'nin salındığı, oksijenin tüketildiği ve büyük miktarda ATP'nin sentezlendiği bölünme enerjisini kullanır. Yukarıdaki işlemlerin tümü, elektronları taşıyan solunum zincirinin yanı sıra oksidatif döngülerle yakından ilişkilidir. Böylece hücrelerde oksidatif fosforilasyon meydana gelir ve onlar için "yakıt" sentezlenir - ATP molekülleri.
Oksidatif döngüler ve solunum zinciri
Oksidatif döngüde, trikarboksilik asitler elektron taşıma zinciri boyunca yolculuklarına başlayan elektronları serbest bırakır: önce koenzim moleküllerine, burada ana şey NAD'dir (nikotinamid adenin dinükleotidi) ve sonra elektronlar ETC'ye aktarılır (elektrikli taşıma zinciri),moleküler oksijenle birleşip bir su molekülü oluşturana kadar. Mekanizması yukarıda kısaca açıklanan oksidatif fosforilasyon, başka bir etki alanına aktarılır. Bu, solunum zinciridir - mitokondrinin iç zarına yerleştirilmiş protein kompleksleridir.
Bu, doruk noktasının gerçekleştiği yerdir - bir dizi oksidasyon ve elementlerin indirgenmesi yoluyla enerjinin dönüşümü. Burada ilgi çekici olan, elektrotransport zincirinde oksidatif fosforilasyonun meydana geldiği üç ana noktadır. Biyokimya bu sürece çok derinden ve dikkatle bakar. Belki bir gün buradan yaşlanma için yeni bir tedavi doğacak. Böylece, bu zincirin üç noktasında ATP, fosfat ve ADP'den oluşur (adenosin difosfat, riboz, adenin ve iki kısım fosforik asitten oluşan bir nükleotittir). Bu nedenle süreç adını aldı.
Hücresel solunum
Hücresel (diğer bir deyişle - doku) solunum ve oksidatif fosforilasyon, birlikte ele alınan aynı sürecin aşamalarıdır. Bölünme ürünlerinin (yağlar, karbonhidratlar, proteinler) parçalandığı doku ve organların her hücresinde hava kullanılır ve bu reaksiyon makroerjik bileşikler şeklinde depolanan enerjiyi üretir. Normal pulmoner solunum doku solunumundan farklıdır, çünkü vücuda oksijen girer ve ondan karbondioksit çıkarılır.
Vücut her zaman aktiftir, enerjisi hareket etmeye ve büyümeye, kendini yeniden üretmeye, sinirliliğe ve diğer birçok sürece harcanır. Bunun içindir veOksidatif fosforilasyon mitokondride gerçekleşir. Hücresel solunum üç seviyeye ayrılabilir: amino asitler ve yağ asitlerinin yanı sıra piruvik asitten ATP'nin oksidatif oluşumu; asetil kalıntıları trikarboksilik asitler tarafından yok edilir, bundan sonra iki karbon dioksit molekülü ve dört çift hidrojen atomu salınır; elektronlar ve protonlar moleküler oksijene aktarılır.
Ek mekanizmalar
Hücresel düzeyde solunum, ADP'nin doğrudan hücrelerde oluşmasını ve yenilenmesini sağlar. Vücut başka bir şekilde adenosin trifosforik asit ile doldurulabilir. Bunun için ek mekanizmalar mevcuttur ve çok etkili olmasalar da gerekirse dahil edilir.
Bunlar, karbonhidratların oksijensiz parçalanmasının meydana geldiği sistemlerdir - glikojenoliz ve glikoliz. Bu artık oksidatif fosforilasyon değildir, reaksiyonlar biraz farklıdır. Ancak hücresel solunum duramaz, çünkü bu süreçte çeşitli biyosentezler için kullanılan en önemli bileşiklerin çok gerekli molekülleri oluşur.
Enerji Biçimleri
Elektronlar, oksidatif fosforilasyonun gerçekleştiği mitokondriyal zarda transfer edildiğinde, komplekslerinin her birinden gelen solunum zinciri, salınan enerjiyi protonları zardan, yani matristen zarlar arasındaki boşluğa taşımak için yönlendirir.. Daha sonra potansiyel bir fark oluşur. Protonlar pozitif yüklüdür ve zarlar arası boşlukta bulunur ve negatifmitokondriyal matristen yüklü hareket.
Belirli bir potansiyel farka ulaşıldığında, protein kompleksi protonları matrise geri döndürür ve alınan enerjiyi oksidatif süreçlerin sentetik - ADP fosforilasyonu ile birleştiği tamamen farklı bir enerjiye dönüştürür. Substratların oksidasyonu ve protonların mitokondriyal zardan pompalanması boyunca ATP sentezi, yani oksidatif fosforilasyon durmaz.
İki çeşit
Oksidatif ve substrat fosforilasyonu temelde birbirinden farklıdır. Modern fikirlere göre, en eski yaşam biçimleri yalnızca substrat fosforilasyonunun reaksiyonlarını kullanabiliyordu. Bunun için dış ortamda bulunan organik bileşikler iki kanaldan - enerji kaynağı olarak ve karbon kaynağı olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, çevredeki bu tür bileşikler yavaş yavaş kurudu ve zaten ortaya çıkan organizmalar uyum sağlamaya başladı, yeni enerji kaynakları ve yeni karbon kaynakları aramaya başladı.
Böylece ışık ve karbondioksit enerjisini kullanmayı öğrendiler. Ancak bu gerçekleşene kadar organizmalar oksidatif fermantasyon süreçlerinden enerji salıverdiler ve ayrıca ATP moleküllerinde depoladılar. Çözünür enzimlerle kataliz yöntemi kullanıldığında buna substrat fosforilasyonu denir. Fermente edilmiş substrat, elektronları istenen endojen alıcıya - aseton, asetalhid, piruvat ve benzerine transfer eden bir indirgeyici ajan oluşturur veya H2 - gaz halinde hidrojen salınır.
Karşılaştırmalı özellikler
Fermantasyonla karşılaştırıldığında, oksidatif fosforilasyon çok daha yüksek bir enerji verimine sahiptir. Glikoliz, iki molekülün toplam ATP verimini verir ve işlem sırasında otuz ila otuz altı sentezlenir. ATP olarak depolanan enerjiyi oluşturan oksidatif ve indirgeme reaksiyonları yoluyla verici bileşiklerden alıcı bileşiklere elektron hareketi vardır.
Ökaryotlar bu reaksiyonları mitokondriyal hücre zarı içinde lokalize olan protein kompleksleri ile gerçekleştirir ve prokaryotlar dışarıda - onun zarlar arası boşluğunda çalışır. ETC'yi (elektron taşıma zinciri) oluşturan bu bağlantılı protein kompleksidir. Ökaryotların bileşimlerinde yalnızca beş protein kompleksi bulunurken prokaryotların çok sayıda protein kompleksi vardır ve hepsi çok çeşitli elektron vericileri ve alıcılarıyla çalışır.
Bağlantılar ve bağlantı kesilmeleri
Oksidasyon işlemi bir elektrokimyasal potansiyel yaratır ve fosforilasyon işlemi ile bu potansiyel kullanılır. Bu, aksi takdirde konjugasyonun sağlandığı anlamına gelir - fosforilasyon ve oksidasyon işlemlerinin bağlanması. Bu nedenle adı, oksidatif fosforilasyon. Konjugasyon için gerekli elektrokimyasal potansiyel, solunum zincirinin üç kompleksi tarafından yaratılır - birinci, üçüncü ve dördüncü, bunlara konjugasyon noktaları denir.
Ayırıcıların aktivitesinden mitokondrinin iç zarı hasar görürse veya geçirgenliği artarsa, bu kesinlikle elektrokimyasal potansiyelin kaybolmasına veya azalmasına neden olur vesonra fosforilasyon ve oksidasyon süreçlerinin ayrılması, yani ATP sentezinin kesilmesi gelir. Fosforilasyon ve solunumun ayrılması olarak adlandırılan, elektrokimyasal potansiyelin kaybolması olgusudur.
Ayırıcılar
Substratların oksidasyonunun devam ettiği ve fosforilasyonun oluşmadığı (yani ATP'nin P ve ADP'den oluşmadığı) durum fosforilasyon ve oksidasyonun ayrılmasıdır. Bu, ayırıcılar sürece müdahale ettiğinde olur. Bunlar nelerdir ve hangi sonuçlar için çabalıyorlar? ATP sentezinin büyük ölçüde azaldığını, yani solunum zinciri çalışırken daha az miktarda sentezlendiğini varsayalım. Enerjiye ne olur? Sıcaklık gibi yayılıyor. Herkes ateşi çıktığında bunu hisseder.
Ateşin var mı? Yani kırıcılar çalıştı. Örneğin, antibiyotikler. Bunlar yağlarda çözünen zayıf asitlerdir. Hücrenin zarlar arası boşluğuna nüfuz ederek, bağlı protonları yanlarında sürükleyerek matrise yayılırlar. Ayırma eylemi, örneğin, tiroid bezi tarafından salgılanan ve iyot (triiyodotironin ve tiroksin) içeren hormonlara sahiptir. Tiroid bezi aşırı çalışıyorsa, hastaların durumu korkunçtur: ATP enerjisinden yoksundurlar, çok fazla yiyecek tüketirler, çünkü vücut oksidasyon için çok fazla substrat gerektirir, ancak ana kısmı nedeniyle kilo verirler. alınan enerji ısı şeklinde kaybolur.
