Фосфорилиращ оксидативен: механизъм. Където се получава окислително фосфорилиране

Водещата роля на енергията върху метаболитния път зависи от процеса, чиято същност е окислителното фосфорилиране. Хранителните вещества се окисляват, образувайки така енергия, която организмът съхранява в митохондриите на клетките като АТР. Всяка форма на земния живот има свои любими хранителни вещества, но АТР е универсално съединение и енергията, произведена от окислително фосфорилиране, се съхранява, за да се използва за метаболитни процеси.

бактерии

Повече от три и половина милиарда години първите живи организми се появиха на нашата планета. Животът е възникнал на Земята поради факта, че нововъзникващите бактерии - прокариотни организми (без ядро) са разделени на два вида според принципа на дишането и храненето. Чрез дишането на аеробни и анаеробни, както и на храненето - на хетеротрофни и автотрофни прокариоти. Това напомняне е малко вероятно да бъде ненужно, защото оксидативното фосфорилиране не може да бъде обяснено без основни понятия.

Така прокариоти на кислород (физиологичен оценка) са разделени на аеробни микроорганизми, които свободен кислород е безразлично и аеробни живот дейност, която зависи изцяло от неговата наличност. Те правят окислително фосфорилиране, като са в среда, наситена с свободен кислород. Това е най-широко разпространеният метаболитен път с висока енергийна ефективност в сравнение с анаеробната ферментация.

митохондриите

Друга основна концепция: Какво представляват митохондриите? Това е енергийна клетъчна батерия. Намира се в цитоплазмата и митохондриите тях има невероятен брой - в мускулите на човека или в черния му дроб, например, клетките съдържат до хиляда и петстотин митохондриите (точно там, където най-интензивно метаболизма). И когато окислителното фосфорилиране се случи в клетка, това е "работата на ръцете" на митохондриите, те също така съхраняват и разпределят енергията.

Дори от разделянето на клетките, митохондриите не зависят, те са много мобилни, се движат свободно в цитоплазмата, когато имат нужда от нея. Те имат своя собствена ДНК, и затова те се раждат и умират сами. Независимо от това, животът на една клетка изцяло зависи от тях, без митохондриите тя не функционира, т.е. животът е наистина невъзможен. Мазнините, въглехидратите и протеините се окисляват, което води до атоми и електрони на водородни редуциращи еквиваленти, които следват по протежение на дихателната верига. По този начин се получава оксидативно фосфорилиране, механизмът, който изглежда, е прост.

Не е толкова лесно

Енергията, произведена от митохондриите, се превръща в друга, която е енергията на електрохимичния градиент чисто за протоните, които са на вътрешната мембрана на митохондриите. Тази енергия е необходима за синтеза на АТР. И това е окислителното фосфорилиране. Биохимия - науката е съвсем млада, едва в средата на деветнадесети век митохондриалните гранули са открити в клетките, а процесът на получаване на енергия е описан много по-късно. Беше проследено как триозите, образувани от гликолиза (и най-важното, пирувинова киселина), произвеждат допълнително окисление в митохондриите.

Триосите използват енергията на разделяне, от която се отделя СО₂, кислород се консумира и синтезира огромно количество АТФ (аденозин трифосфатна киселина и какво е - особено добре известно на хора, пристрастени към бодибилдинг). Всички горни процеси са тясно свързани с циклите на окисляване, както и с дихателната верига, която носи електрони. По този начин се получава окислително фосфорилиране в клетките, синтезирайки "гориво" за тях - молекулите на АТР.

Оксидационни цикли и дихателна верига

Окислителната трикарбоксилна киселина цикъл свободни електрони, които започват пътуването му от elektronotransportnoy Вериги първо в Coenzymes молекули са NAD - основна (никотинамид аденин), и допълнително има прехвърляне на електрони в ETC (електротранспорт верига), докато те се свързват с молекулен кислород и не образуват водна молекула. Оксидативното фосфорилиране, чийто механизъм е описано накратко по-горе, се прехвърля на друго място на действие. Това е респираторна верига - протеинови комплекси, вградени във вътрешната мембрана на митохондриите.

Тук се осъществява кулминацията - трансформацията на енергията чрез последователност от окисляване и възстановяване на елементите. Тук са интересни три основни точки от веригата на електротранспорта, където се получава окислително фосфорилиране. Биохимията много внимателно и внимателно разглежда този процес. Вероятно оттук един ден ще се роди ново лекарство за стареене. Така че, в три точки от тази верига от фосфат и ADP (аденозин дифосфат - това е нуклеотидът, който се състои от рибоза, аденин и две части фосфорна киселина) се образува АТР. Ето защо процесът получи такова име.

Клетъчно дишане

Клетъчното (в противен случай - тъканно) дишане и окислителното фосфорилиране са етапи на същия процес в агрегата. Въздухът се използва във всяка клетка на тъканите и органите, където продуктите от разпадането (мазнини, въглехидрати, протеини) се разделят и тази реакция произвежда енергия, съхранявана във формата високоенергийни съединения. Конвенционалното белодробно дишане се различава от тъканното дишане, тъй като кислородът навлиза в тялото и въглеродният диоксид се отстранява от него.

Организмът е винаги активен, неговата енергия се изразходва за движението и растежа, самостоятелно репликация, за раздразнителност и много други процеси. Затова се получава оксидативно фосфорилиране в митохондриите. Клетъчното дишане може да бъде разделена на три нива: образуването на АТР от окислението на пирогроздена киселина и киселинни амино киселини и мастни ацетил остатъци са унищожени от лимонена киселина, след което двете молекули се освобождава от въглероден диоксид и четири двойки vodoroda- атома електрони и протони са прехвърлени на молекулен кислород.

Допълнителни механизми

Дишането на клетъчно ниво осигурява образуването и допълването на ADP директно в клетките. Въпреки че се попълва аденозин трифосфорна киселина организмът може и по друг начин. За тази цел съществуват и, ако е необходимо, включват допълнителни механизми, макар и не толкова ефективни.

Това са системи, при които се извършва аноксично разграждане на въглехидратите - гликогенолизата и гликолизата. Това не е окислително фосфорилиране, реакциите са малко по-различни. Но клетъчното дишане не може да спре, защото в своя процес се формират много необходими молекули на най-важните съединения, използвани за различни биосинтези.

Форми на енергия

Когато прехвърлените електроните в митохондриална мембрана, където окислителното фосфорилиране, дихателната верига на всеки от неговите комплекс насочва освободената енергия в движение на протони през мембраната, т.е. от матрицата в пространството между мембраните. След това се формира потенциална разлика. Протоните са положително заредени и в пространството на intermembrane и са отрицателно заредени матрица на митохондриите.

Когато се достигне определен потенциална разлика, протеиновия комплекс на протоните се връща обратно в матрицата, превръщане на енергията, получена в напълно различно, където окислителни процеси свързан със синтетичен - ADP фосфорилиране. По време на окисляването на субстратите и трансфера на протони през митохондриалната мембрана, синтезата на АТФ не престава, т.е. оксидативно фосфорилиране.

Два вида

Оксидативното и субстратното фосфорилиране са радикално различни един от друг. Според идеите на съвременното време, най-старите форми на живот са знаели как да използват само реакциите на фосфорилирането на субстрата. За тази цел съществуващите органични съединения във външната среда се използват по два канала - като източник на енергия и като източник на въглерод. Обаче такива съединения в околната среда постепенно изсъхнаха и вече се появиха организми, които започнаха да се адаптират, да търсят нови източници на енергия и нови източници на въглерод.

Така те се научили да използват енергията на светлината и въглеродния диоксид. Но докато това се случи, организмите освобождават енергия от окислителните процеси на ферментация и я съхраняват и в молекулите на АТР. Това се нарича фосфорилиране на субстрата, когато се използва метод за катализиране с разтворими ензими. Ферментиращият субстрат образува редуктор, който прехвърля електроните до желания ендогенен акцептор-ацетон, ацеталгид, пируват и други подобни, или Н₂ - газообразен водород.

Сравнителни характеристики

Сравнително с ферментацията, окислителното фосфорилиране има много по-голям енергиен добив. Гликолизата дава общ добив на АТФ в две молекули и в хода на процеса се синтезира от тридесет до тридесет и шест. Има движение на електрони към акцепторните съединения от донорните съединения чрез окислителни и редуциращи реакции, които формират енергията, съхранявана като АТР.

Еукариотите извършват тези реакции чрез комплекси от протеини, които се локализират вътре в мембраните на митохондриалната клетка, а прокариотите работят отвън - в интермембранното си пространство. Точно този комплекс от свързани белтъци съставлява ETC (веригата на електронен транспорт). Еукариотите в състава им имат само пет протеинови комплекса, а прокариотите са много и всички те работят с различни донори на електрони и техните акцептори.

Сдвояване и разделяне

Процесът на окисляване създава електрохимичен потенциал, а с процеса на фосфорилиране се използва този потенциал. Това означава, че е осигурено конюгиране, в противен случай - свързването на процесите на фосфорилиране и окисляване. Оттук и името - оксидативно фосфорилиране. Електрохимичният потенциал, необходим за конюгиране, създава три комплекси от дихателната верига - първият, третият и четвъртият, които се наричат ​​конюгирани точки.

Ако вътрешната митохондриална мембрана е повреден или е увеличил проникването му от дейността на освобождаващи, то със сигурност ще доведе до изчезване или намаляване на електрохимичния потенциал, последвано от сепарационни процеси възникне фосфорилиране и окисляване, че е - преустановяване на синтеза на АТФ. Това явление изчезва, когато електрохимична потенциал, наречен откачване фосфорилиране и дишането.

несдвояващи

Състоянието, когато окисляването на субстратите продължава и фосфорилирането не се появява (т.е., АТР не се образува от F и ADP) е разцепване на фосфорилирането и окисляването. Това се случва, когато прекъсвачите пречат на процеса. Какви са те и какво се опитват да постигнат? Да приемем, че синтезата на АТР е значително намалена, т.е. в по-малко количество се синтезира и дихателната верига функционира в този случай. Какво се случва с енергията? Изпъква като топлина. Всеки човек чувства това по време на заболяване с повишена телесна температура.

Температурите? Така че, разединителите работиха. Например, антибиотици. Това са слаби киселини, които се разтварят в мазнините. Прониквайки в интермембранното пространство на клетката, те се разпръскват в матрицата, като се влачат по протоните. Дисоциативното действие, например, има хормони, секретирани от щитовидната жлеза, които съдържат йод (трийодотиронин и тироксин). Ако хиперфункция на щитовидната жлеза, състоянието на пациентите ужасно нещо: те нямат енергията на ATP, те консумират много храни, защото тялото се нуждае, за да се окисляват много субстрати, но за да отслабнете, тъй като повечето от получената енергия е под формата на топлина.