Fosforilasi Oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah proses di mana energi yang dilepaskan saat elektron melewati rantai transpor elektron mitokondria ke oksigen digunakan untuk mensintesis ATP. Ini adalah tahap akhir dan dominan dari produksi energi aerobik dan memasok sebagian besar ATP yang dibuat dari karbohidrat dan lemak.

Definition

Fosforilasi oksidatif adalah proses mitokondria di mana elektron dari koenzim tereduksi ditransfer melalui rantai pembawa ke oksigen molekuler, dengan energi yang dilepaskan digunakan untuk memompa proton melintasi membran dalam dan gradien elektrokimia yang dihasilkan mendorong sintesis ATP oleh ATP sintase.

Scope

Entri ini mencakup kompleks rantai pernapasan, pembentukan gaya gerak proton, penggabungan transfer elektron dengan fosforilasi melalui ATP sintase, dan prinsip kemiosmotik yang menjelaskan keterkaitannya. Ini memperlakukan fosforilasi oksidatif sebagai topik bioenergetik dalam biokimia, bukan sebagai panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana transfer elektron ke oksigen digabungkan dengan sintesis ATP?
• Apa itu gaya gerak proton dan bagaimana ia dihasilkan?
• Bagaimana ATP sintase menggunakan gradien proton untuk membuat ATP?
• Mengapa sebagian besar ATP dari oksidasi bahan bakar berasal dari tahap ini?

Key concepts

• Kompleks rantai transpor elektron
• Koenzim tereduksi NADH dan FADH2 sebagai donor elektron
• Oksigen molekuler sebagai akseptor elektron terminal
• Pemompaan proton dan gaya gerak proton
• ATP sintase dan katalisis rotasi
• Penggabungan oksidasi dengan fosforilasi
• Superkompleks pernapasan

Key theories

Teori kemiosmotik

Peter Mitchell mengusulkan bahwa oksidasi dan fosforilasi digabungkan bukan melalui perantara kimia bersama tetapi melalui gradien elektrokimia proton: kompleks pernapasan memompa proton melintasi membran mitokondria bagian dalam saat mereka mentransfer elektron menuju oksigen, dan gaya gerak proton yang tercipta mendorong ATP sintase untuk memfosforilasi ADP.

Mechanisms

Elektron yang disumbangkan oleh NADH dan FADH2 memasuki rantai kompleks pernapasan yang tertanam dalam membran mitokondria bagian dalam dan melewati serangkaian pembawa dengan afinitas yang meningkat terhadap elektron, berakhir pada oksigen molekuler, yang direduksi menjadi air. Pada beberapa kompleks, energi yang dilepaskan digunakan untuk memompa proton dari matriks ke ruang antar membran, membangun gradien proton elektrokimia — gaya gerak proton. Proton yang mengalir kembali melalui ATP sintase mendorong mekanisme rotasi yang mengkatalisis pembentukan ATP dari ADP dan fosfat anorganik. Karena setiap pasangan elektron melintasi beberapa situs pemompaan proton, tahap ini menghasilkan ATP jauh lebih banyak daripada reaksi tingkat substrat di hulu. Bukti menunjukkan bahwa kompleks dapat berkumpul menjadi superkompleks tingkat tinggi yang memengaruhi fluks elektron.

Clinical relevance

Cacat bawaan dan didapat pada rantai pernapasan mendasari kelompok penyakit mitokondria yang dikenal, yang cenderung memengaruhi jaringan yang membutuhkan energi seperti otot dan saraf, dan gangguan fosforilasi oksidatif merupakan pusat cedera iskemik dan tindakan toksin tertentu. Entri ini menjelaskan biokimia dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan individu.

History

Setelah pembawa rantai pernapasan dikarakterisasi pada awal abad kedua puluh, teka-teki utamanya adalah bagaimana transfer elektron mereka mendorong sintesis ATP. Hipotesis kemiosmotik Peter Mitchell tahun 1961 memecahkan masalah ini dengan mengusulkan gradien proton sebagai perantara penggandeng, pandangan yang mengalahkan model perantara kimia yang bersaing. Mekanisme ATP sintase sebagai enzim rotasi kemudian ditetapkan melalui karya yang terkait dengan Paul Boyer dan John Walker.

Key figures

• Peter Mitchell
• Paul Boyer
• John Walker
• David Keilin

Seminal works

• mitchell-1961
• saraste-1999
• lapuente-brun-2013

Frequently asked questions

Mengapa fosforilasi oksidatif menghasilkan ATP jauh lebih banyak daripada glikolisis?

Setiap pasangan elektron dari NADH atau FADH2 melewati beberapa kompleks pemompaan proton, dan gradien proton yang dihasilkan mendorong ATP sintase untuk membuat banyak ATP, sedangkan glikolisis hanya membuat sejumlah kecil bersih melalui fosforilasi tingkat substrat langsung.

Apa peran oksigen dalam fosforilasi oksidatif?

Oksigen adalah akseptor elektron terminal; dengan menerima elektron di akhir rantai dan direduksi menjadi air, ia memungkinkan aliran elektron dan pemompaan proton untuk terus berlanjut, yang merupakan pendorong sintesis ATP.