Phosophoryl hóa oxy hóa

Phosphoryl hóa oxy hóa là quá trình năng lượng được giải phóng khi các điện tử đi xuống chuỗi vận chuyển điện tử ty thể đến oxy được sử dụng để tổng hợp ATP. Đây là giai đoạn cuối cùng, chủ yếu của quá trình sản xuất năng lượng hiếu khí và cung cấp phần lớn ATP được tạo ra từ carbohydrate và chất béo.

Definition

Phosphoryl hóa oxy hóa là quá trình ty thể trong đó các điện tử từ các coenzyme khử được chuyển qua một chuỗi các chất mang đến oxy phân tử, với năng lượng giải phóng được sử dụng để bơm proton qua màng trong và gradient điện hóa tạo thành thúc đẩy quá trình tổng hợp ATP bởi ATP synthase.

Scope

Mục này bao gồm các phức hợp chuỗi hô hấp, sự hình thành lực vận động proton, sự ghép nối chuyển điện tử với phosphoryl hóa thông qua ATP synthase, và nguyên lý hóa thẩm thấu giải thích mối liên hệ này. Nó coi phosphoryl hóa oxy hóa là một chủ đề năng lượng sinh học trong hóa sinh, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Sự chuyển điện tử đến oxy được ghép nối với quá trình tổng hợp ATP như thế nào?
• Lực vận động proton là gì và nó được tạo ra như thế nào?
• ATP synthase sử dụng gradient proton để tạo ATP như thế nào?
• Tại sao phần lớn ATP từ quá trình oxy hóa nhiên liệu đến từ giai đoạn này?

Key concepts

• Các phức hợp chuỗi vận chuyển điện tử
• Các coenzyme khử NADH và FADH2 làm chất cho điện tử
• Oxy phân tử làm chất nhận điện tử cuối cùng
• Bơm proton và lực vận động proton
• ATP synthase và xúc tác quay
• Ghép nối quá trình oxy hóa với phosphoryl hóa
• Các siêu phức hợp hô hấp

Key theories

Lý thuyết hóa thẩm thấu

Peter Mitchell đề xuất rằng quá trình oxy hóa và phosphoryl hóa được ghép nối không phải thông qua một chất trung gian hóa học chung mà thông qua một gradient điện hóa proton: các phức hợp hô hấp bơm proton qua màng trong ty thể khi chúng chuyển điện tử về phía oxy, và lực vận động proton được tạo ra như vậy thúc đẩy ATP synthase phosphoryl hóa ADP.

Mechanisms

Các điện tử được NADH và FADH2 hiến tặng đi vào chuỗi các phức hợp hô hấp nằm trong màng trong ty thể và đi qua một loạt các chất mang có ái lực ngày càng tăng đối với điện tử, kết thúc ở oxy phân tử, được khử thành nước. Tại một số phức hợp, năng lượng giải phóng được sử dụng để bơm proton từ chất nền vào không gian giữa các màng, tạo ra gradient proton điện hóa — lực vận động proton. Các proton chảy ngược qua ATP synthase thúc đẩy một cơ chế quay xúc tác sự hình thành ATP từ ADP và phosphat vô cơ. Bởi vì mỗi cặp điện tử đi qua nhiều vị trí bơm proton, giai đoạn này tạo ra nhiều ATP hơn đáng kể so với các phản ứng mức cơ chất ở phía trên. Bằng chứng cho thấy các phức hợp có thể tập hợp thành các siêu phức hợp bậc cao hơn ảnh hưởng đến dòng điện tử.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết di truyền và mắc phải của chuỗi hô hấp là nguyên nhân của một nhóm bệnh ty thể được công nhận, có xu hướng ảnh hưởng đến các mô đòi hỏi năng lượng như cơ và thần kinh, và sự gián đoạn phosphoryl hóa oxy hóa là trung tâm của tổn thương thiếu máu cục bộ và tác động của một số chất độc. Mục này mô tả hóa sinh và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Sau khi các chất mang chuỗi hô hấp được đặc trưng vào đầu thế kỷ XX, câu đố trung tâm là làm thế nào sự chuyển điện tử của chúng thúc đẩy quá trình tổng hợp ATP. Giả thuyết hóa thẩm thấu năm 1961 của Peter Mitchell đã giải quyết vấn đề này bằng cách đề xuất một gradient proton làm chất trung gian ghép nối, một quan điểm đã thắng thế so với các mô hình trung gian hóa học cạnh tranh. Cơ chế của ATP synthase như một enzyme quay sau đó đã được thiết lập thông qua công trình liên quan đến Paul Boyer và John Walker.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao phosphoryl hóa oxy hóa tạo ra nhiều ATP hơn glycolysis?

Mỗi cặp điện tử từ NADH hoặc FADH2 đi qua một số phức hợp bơm proton, và gradient proton tạo thành thúc đẩy ATP synthase tạo ra nhiều ATP, trong khi glycolysis chỉ tạo ra một lượng nhỏ ròng bằng cách phosphoryl hóa mức cơ chất trực tiếp.

Vai trò của oxy trong phosphoryl hóa oxy hóa là gì?

Oxy là chất nhận điện tử cuối cùng; bằng cách nhận điện tử ở cuối chuỗi và bị khử thành nước, nó cho phép dòng điện tử và bơm proton tiếp tục, đây là điều cung cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp ATP.