Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

8.10: Kemiosmoz
TABLE OF
CONTENTS

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Chemiosmosis
 
TRANSCRIPT

8.10: Chemiosmosis

8.10: Kemiosmoz

Overview

Oxidative phosphorylation is a highly efficient process that generates large amounts of adenosine triphosphate (ATP), the basic unit of energy that drives many processes in living cells. Oxidative phosphorylation involves two processes—electron transport and chemiosmosis. During electron transport, electrons are shuttled between large complexes on the inner mitochondrial membrane and protons (H+) are pumped across the membrane into the intermembrane space, creating an electrochemical gradient. In the next step, protons flow back down their gradient into the mitochondrial matrix via ATP synthase, a protein complex embedded within the inner membrane. This process, called chemiosmosis, uses the energy of the proton gradient to drive the synthesis of ATP from adenosine diphosphate (ADP).

Electron Transport Chain

The electron transport chain is a series of complexes that transfer electrons from electron donors to electron acceptors via simultaneous reduction and oxidation reactions, otherwise known as redox reactions. At the end of the chain, electrons reduce molecular oxygen to produce water.

The shuttling of electrons between complexes is coupled with proton transfer, whereby protons (H+ ions) travel from the mitochondrial matrix to the intermembrane space against their concentration gradient. Eventually, the high concentration of protons in the intermembrane space forces protons down their concentration gradient back into the mitochondrial matrix through ATP synthase, thus producing ATP. This process, which uses energy stored in the proton gradient across the membrane to drive cellular work, is called chemiosmosis.

ATP Synthase

The structure responsible for the movement of protons across the inner mitochondrial membrane is the protein complex ATP synthase. It consists of a stator—the channel in which hydrogen ions enter and leave the complex, a multi-unit rotor (F0) embedded within the membrane, and a knob of catalytic proteins (F1) located in the mitochondrial matrix. The F0 rotor spins as hydrogen ions bind to, and change the shape of, each sub-unit. The spinning rotor then turns an internal rod that changes the conformation of F1 that facilitates its binding to ADP and inorganic phosphate, resulting in the production of ATP.

ATP Production

The process of aerobic respiration can produce a total of 30 or 32 ATP per molecule of glucose consumed (Figure 3). Four ATP are produced during glycolysis, but two are consumed in the process, resulting in a net total of two ATP molecules. One ATP molecule is produced per round of the Krebs cycle, and two cycles occur for every molecule of glucose, producing a net total of two ATP. Finally, 26 or 28 ATP are produced in the electron transport chain through oxidative phosphorylation, depending on whether NADH or FADH2 is used as the electron carrier.

Genel bakış

Oksidatif fosforilasyon, canlı hücrelerdeki birçok işlemi yönlendiren temel enerji birimi olan büyük miktarlarda adenozin trifosfat (ATP) üreten son derece verimli bir süreçtir. Oksidatif fosforilasyon iki süreç içerir: elektron taşıma ve kemosentez. Elektron taşıma sı sırasında elektronlar iç mitokondriyal membrandaki büyük kompleksler arasında mekik lenir ve protonlar (H+) membran boyunca ara membran uzayına pompalanır ve elektrokimyasal bir degrade oluşturulur. Bir sonraki adımda, protonlar iç zarın içine gömülü bir protein kompleksi olan ATP synthase aracılığıyla mitokondriyal matrisin içine gradyan aşağı akarlar. Chemiosmosis adı verilen bu süreç, atp sentezini adenozin difosfattan (ADP) çıkarmak için proton gradyan enerjisini kullanır.

Elektron Taşıma Zinciri

Elektron taşıma zinciri, elektron donörlerinden elektron kabul edenlere eşzamanlı redüksiyon ve oksidasyon reaksiyonları yoluyla elektron aktarımı yapan, diğer adıyla redoks reaksiyonları olan bir dizi komplekstir. Zincirin sonunda, elektronlar su üretmek için moleküler oksijeni azaltır.

Elektronların kompleksler arasındaki kapanması proton transferi ile birleştiğinde protonlar (H+ iyonları) mitokondriyal matristen konsantrasyon gradyanlarına göre intermembran uzaya doğru hareket ederler. Sonunda, intermembran uzaydaki protonların yüksek konsantrasyonu protonları, atp synthase aracılığıyla mitokondriyal matrisin ekine kadar inerek ATP'yi üretirler. Hücresel çalışmayı yönlendirmek için membran boyunca proton gradyanda depolanan enerjiyi kullanan bu işleme kemiyosmoz denir.

ATP Synthase

Protonların iç mitokondriyal membran daki hareketinden sorumlu yapı protein kompleksi ATP synthase'dir. Hidrojen iyonlarının komplekse girip çıktığı kanal, membran içine gömülü çok birimli bir rotor (F0)ve mitokondriyal matriste bulunan katalitik proteinler (F 1) bir kolob'dan (F1)oluşur. F0 rotor hidrojen iyonları bağlanır gibi döner ve şeklini değiştirmek, her alt birim. Dönen rotor daha sonra ADP ve inorganik fosfat bağlanmasını kolaylaştıran F1 konformasyonunu değiştiren bir iç çubuk döner ve ATP üretimine neden olur.

ATP Üretimi

Aerobik solunum işlemi tüketilen glikoz molekülü başına toplam 30 veya 32 ATP üretebilir (Şekil 3). Glikoliz sırasında dört ATP üretilir, ancak bu süreçte iki atp tüketilir ve bu da iki ATP molekülünün net toplamıile sonuçlanır. Krebs döngüsünün her bir turunda bir ATP molekülü üretilir ve her glikoz molekülü için iki döngü oluşur ve toplam iki ATP üretir. Son olarak, 26 veya 28 ATP oksidatif fosforilasyon yoluyla elektron taşıma zincirinde üretilir, nadh veya FADH2 elektron taşıyıcı olarak kullanılan bağlı olarak.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter