Химический осмос

Обзор

Окислительное фосфорилирование является высокоэффективным процессом, который генерирует большое количество аденозинтрифосфата (АТФ), основной единицы энергии, которая управляет многими процессами в живых клетках. Окислительное фосфорилирование включает в себя два процесса: электронный транспорт и хемиосмоз. Во время транспортировки электронов электроны курсируют между крупными комплексами⁺на внутренней митохондриальной мембране, а протоны (H) перекачиваются через мембрану в интермбранное пространство, создавая электрохимический градиент. На следующем этапе протоны стекают обратно вниз по градиенту в митохондриальную матрицу через синтазу АТФ, белковый комплекс, встроенный во внутреннюю мембрану. Этот процесс, называемый хемиосмозом, использует энергию протонного градиента для привода синтеза АТФ из аденозин-дипфосфата (ADP).

Электронная транспортная цепь

Электронная транспортная цепь – это ряд комплексов, которые передают электроны от доноров электронов к электронным акцепторам с помощью одновременных реакций сокращения и окисления, иначе известных как редокс-реакции. В конце цепочки электроны уменьшают молекулярный кислород для производства воды.

Перебежки электронов между комплексами ^{сопровождаются} передачей протонов, в результате которой протоны (H ионы) переходят от митохондриальной матрицы в интермембранное пространство против их градиента концентрации. В конце концов, высокая концентрация протонов в интермембранном пространстве заставляет протоны двигаться вниз по градиенту концентрации обратно в митохондриальную матрицу через АТФ синтазы, тем самым производя АТФ. Этот процесс, который использует энергию, хранящуюся в градиенте концентрации протонов через мембрану для управления работой клетки, называется хемиосмоз.

СПС Синтаза

Структура, ответственная за движение протонов по внутренней митохондриальной мембране, является белковый комплекс синтазы АТФ. Он состоит из статора – канала, в который ионы водорода входят и покидают комплекс, ротора (F_{0), встроенного}в мембрану, и ручки каталитических белков (F_{1), расположенных}в митохондриальной матрице. Ротор F₀ вращается по мере того, как ионы водорода связываются с каждым подразделением и меняют его форму. Вращающийся ротор затем поворачивает внутренний стержень, который изменяет_{конформацию F 1,} что облегчает его связывание с ADP и неорганическим фосфатом, в результате чего производство АТФ.

Производство АТФ

Процесс аэробного дыхания может производить в общей сложности 30 или 32 АТФ на молекулу потребляемой глюкозы (рисунок 3). Четыре молекулы АТФ производятся во время гликолиза, но два потребляются в процессе, в результате чего в общей сложности две молекулы АТФ. Одна молекула АТФ производится на раунд цикла Кребса, и два цикла происходят для каждой молекулы глюкозы, производя в общей сложности два АТФ. Наконец, 26 или 28 АТФ производятся в транспортной цепочке электронов через окислительное фосфорилирование, в зависимости от того, используется ли NADH или FADH₂ в качестве носителя электронов.