Oksidatif Fosforilasyon
Oksidatif fosforilasyon, elektronların mitokondriyal elektron taşıma zinciri boyunca oksijene doğru ilerlerken açığa çıkan enerjinin ATP sentezlemek için kullanıldığı bir süreçtir. Aerobik enerji üretiminin son ve baskın aşaması olup, karbonhidrat ve yağlardan üretilen ATP'nin büyük bir kısmını sağlamaktadır.
Tanım
Oksidatif fosforilasyon, indirgenmiş koenzimlerden gelen elektronların bir taşıyıcı zinciri aracılığıyla moleküler oksijene aktarıldığı, açığa çıkan enerjinin protonları iç membrandan dışarı pompalamak için kullanıldığı ve oluşan elektrokimyasal gradyanın ATP sentaz tarafından ATP sentezini yönlendirdiği mitokondriyal bir süreçtir.
Kapsam
Bu madde, solunum zinciri komplekslerini, proton-itici kuvvetin oluşumunu, elektron transferinin ATP sentaz aracılığıyla fosforilasyona bağlanmasını ve bu bağlantıyı açıklayan kemiozmotik prensibi kapsamaktadır. Oksidatif fosforilasyonu biyokimyada biyoeenerjetik bir konu olarak ele almakta olup, klinik bir rehberlik olarak değerlendirmemektedir.
Temel sorular
- Elektron transferi oksijene nasıl ATP senteziyle bağlanır?
- Proton-itici kuvvet nedir ve nasıl üretilir?
- ATP sentaz, proton gradyanını ATP üretmek için nasıl kullanır?
- Yakıt oksidasyonundan elde edilen ATP'nin çoğu neden bu aşamadan gelir?
Anahtar kavramlar
- Elektron taşıma zinciri kompleksleri
- Elektron vericisi olarak indirgenmiş koenzimler NADH ve FADH2
- Terminal elektron alıcısı olarak moleküler oksijen
- Proton pompalanması ve proton-itici kuvvet
- ATP sentaz ve dönel kataliz
- Oksidasyonun fosforilasyona bağlanması
- Solunum süperkompleksleri
Temel kuramlar
- Kemiozmotik kuram
- Peter Mitchell, oksidasyon ve fosforilasyonun ortak bir kimyasal ara madde aracılığıyla değil, bir proton elektrokimyasal gradyanı aracılığıyla bağlandığını öne sürmüştür: solunum kompleksleri, elektronları oksijene doğru aktarırken iç mitokondriyal membran boyunca protonları pompalar ve bu şekilde oluşan proton-itici kuvvet, ATP sentazı ADP'yi fosforile etmeye yönlendirir.
Mekanizmalar
NADH ve FADH2 tarafından bağışlanan elektronlar, iç mitokondriyal membrana gömülü solunum kompleksleri zincirine girer ve elektronlara karşı artan afiniteye sahip bir dizi taşıyıcıdan geçerek moleküler oksijende sonlanır; moleküler oksijen suya indirgenir. Birkaç komplekste açığa çıkan enerji, protonları matriksten zarlar arası boşluğa pompalamak için kullanılır ve bu durum, elektrokimyasal bir proton gradyanı olan proton-itici kuvveti oluşturur. ATP sentaz aracılığıyla geri akan protonlar, ADP ve inorganik fosfattan ATP oluşumunu katalize eden dönel bir mekanizmayı yönlendirir. Her bir elektron çifti birden fazla proton pompalama bölgesinden geçtiği için, bu aşama yukarı akışta gerçekleşen substrat düzeyinde reaksiyonlardan çok daha fazla ATP üretmektedir. Kanıtlar, komplekslerin elektron akışını etkileyen daha yüksek dereceli süperkompleksler halinde birleşebildiğini göstermektedir.
Klinik önem
Solunum zincirinin kalıtsal ve edinilmiş kusurları, kas ve sinir gibi enerjiye ihtiyaç duyan dokuları etkileme eğiliminde olan bilinen bir mitokondriyal hastalık grubunun temelini oluşturmaktadır ve oksidatif fosforilasyonun bozulması iskemik hasar ile belirli toksinlerin etkisinde merkezi bir rol oynamaktadır. Bu madde biyokimyayı tanımlamakta olup, bireysel tanı veya tedavi için bir temel teşkil etmemektedir.
Tarihçe
Yirminci yüzyılın başlarında solunum zinciri taşıyıcıları karakterize edildikten sonra, merkezi bilmece, elektron transferlerinin ATP sentezini nasıl yönlendirdiğiydi. Peter Mitchell'in 1961 tarihli kemiozmotik hipotezi, bir proton gradyanını birleştirici ara madde olarak önererek bu durumu çözüme kavuşturmuştur; bu görüş, rakip kimyasal-ara madde modellerine üstün gelmiştir. ATP sentazın dönel bir enzim olarak mekanizması daha sonra Paul Boyer ve John Walker ile ilişkilendirilen çalışmalar aracılığıyla ortaya konulmuştur.
Öne çıkan isimler
- Peter Mitchell
- Paul Boyer
- John Walker
- David Keilin
İlgili konular
Temel eserler
- mitchell-1961
- saraste-1999
- lapuente-brun-2013
Sıkça sorulan sorular
- Oksidatif fosforilasyon neden glikolizden çok daha fazla ATP üretir?
- NADH veya FADH2'den gelen her bir elektron çifti, birkaç proton pompalayan kompleksten geçer ve oluşan proton gradyanı, ATP sentazı birden fazla ATP üretmeye yönlendirir; oysa glikoliz, doğrudan substrat düzeyinde fosforilasyon yoluyla yalnızca küçük bir net miktar üretir.
- Oksidatif fosforilasyonda oksijenin rolü nedir?
- Oksijen, terminal elektron alıcısıdır; zincirin sonunda elektronları kabul ederek ve suya indirgenerek, elektron akışının ve proton pompalanmasının devam etmesini sağlar, bu da ATP sentezini güçlendiren şeydir.