El paper principal de l'energia en la via metabòlica depèn del procés, l'essència del qual és la fosforilació oxidativa. Els nutrients s'oxiden, formant així l'energia que el cos emmagatzema als mitocondris de les cèl·lules com a ATP. Cada forma de vida terrestre té els seus propis nutrients preferits, però l'ATP és un compost universal i l'energia que produeix la fosforilació oxidativa s'emmagatzema per utilitzar-la en processos metabòlics.
Bacteris
Fa més de tres mil milions i mig d'anys, van aparèixer els primers organismes vius al nostre planeta. La vida es va originar a la Terra a causa del fet que els bacteris que van aparèixer: els organismes procariotes (sense nucli) es van dividir en dos tipus segons el principi de respiració i nutrició. Per respiració, en aeròbic i anaeròbic, i per nutrició, en procariotes heteròtrofs i autòtrofs. Aquest recordatori gairebé no és redundant, perquè la fosforilació oxidativa no es pot explicar sense conceptes bàsics.
Així, procariotes en relació amb l'oxigen(classificació fisiològica) es divideixen en microorganismes aeròbics, indiferents a l'oxigen lliure, i aeròbics, l'activitat vital dels quals depèn totalment de la seva presència. Són ells els que duen a terme la fosforilació oxidativa, estant en un ambient saturat d'oxigen lliure. És la via metabòlica més utilitzada amb una alta eficiència energètica en comparació amb la fermentació anaeròbica.
Mitocondris
Un altre concepte bàsic: què és un mitocondri? Aquesta és la bateria d'energia de la cèl·lula. Els mitocondris es troben al citoplasma i n'hi ha una quantitat increïble: als músculs d'una persona o al fetge, per exemple, les cèl·lules contenen fins a un miler i mig de mitocondris (just on es produeix el metabolisme més intensiu). I quan es produeix la fosforilació oxidativa en una cèl·lula, aquest és el treball dels mitocondris, també emmagatzemen i distribueixen energia.
Els mitocondris ni tan sols depenen de la divisió cel·lular, són molt mòbils, es mouen lliurement pel citoplasma quan ho necessiten. Tenen el seu propi ADN, i per tant neixen i moren sols. No obstant això, la vida d'una cèl·lula depèn completament d'ells; sense mitocondris, no funciona, és a dir, la vida és realment impossible. Els greixos, els carbohidrats i les proteïnes s'oxiden, donant lloc a la formació d'àtoms d'hidrogen i electrons -equivalents reductors, que segueixen més enllà de la cadena respiratòria. Així és com es produeix la fosforilació oxidativa, el seu mecanisme, sembla, és senzill.
No tan fàcil
L'energia produïda pels mitocondris es converteix en una altra, que és l'energia del gradient electroquímic exclusivament per als protons que es troben a la membrana interna dels mitocondris. Aquesta energia és la que es necessita per a la síntesi d'ATP. I això és exactament el que és la fosforilació oxidativa. La bioquímica és una ciència força jove, només a mitjans del segle XIX es van trobar grànuls mitocondrials a les cèl·lules, i el procés d'obtenció d'energia es va descriure molt més tard. S'ha observat com les triosis formades mitjançant la glucòlisi (i el més important, l'àcid pirúvic) produeixen una oxidació addicional als mitocondris.
Les
Trioses utilitzen l'energia de la divisió, de la qual s'allibera CO2, es consumeix oxigen i es sintetitza una gran quantitat d'ATP. Tots els processos anteriors estan estretament relacionats amb els cicles oxidatius, així com amb la cadena respiratòria que transporta electrons. Així, la fosforilació oxidativa es produeix a les cèl·lules, sintetitzant-hi "combustible": molècules d'ATP.
Els cicles oxidatius i la cadena respiratòria
En el cicle oxidatiu, els àcids tricarboxílics alliberen electrons, que comencen el seu viatge al llarg de la cadena de transport d'electrons: primer a les molècules de coenzim, aquí el NAD és el principal (nicotinamida adenina dinucleòtid), i després els electrons es transfereixen a l'ETC. (cadena de transport elèctric),fins que es combinen amb l'oxigen molecular i formen una molècula d'aigua. La fosforilació oxidativa, el mecanisme de la qual es descriu breument anteriorment, es transfereix a un altre lloc d'acció. Aquesta és la cadena respiratòria - complexos proteics integrats a la membrana interna dels mitocondris.
Aquí és on es produeix la culminació: la transformació de l'energia mitjançant una seqüència d'oxidació i reducció d'elements. Aquí són interessants els tres punts principals de la cadena d'electrotransport on es produeix la fosforilació oxidativa. La bioquímica mira aquest procés amb molta profunditat i atenció. Potser algun dia naixerà d'aquí una nova cura per a l'envelliment. Així, en tres punts d'aquesta cadena, l'ATP es forma a partir de fosfat i ADP (l'adenosina difosfat és un nucleòtid que consta de ribosa, adenina i dues porcions d'àcid fosfòric). Per això el procés va rebre el seu nom.
Respiració cel·lular
La respiració cel·lular (és a dir, els teixits) i la fosforilació oxidativa són etapes del mateix procés juntes. L'aire s'utilitza a totes les cèl·lules dels teixits i òrgans, on es descomponen els productes de la divisió (greixos, hidrats de carboni, proteïnes) i aquesta reacció produeix energia emmagatzemada en forma de compostos macroèrgics. La respiració pulmonar normal difereix de la respiració dels teixits perquè l'oxigen entra al cos i se n'elimina el diòxid de carboni.
El cos està sempre actiu, la seva energia es gasta en el moviment i el creixement, en l'autoreproducció, en la irritabilitat i en molts altres processos. És per això ila fosforilació oxidativa es produeix als mitocondris. La respiració cel·lular es pot dividir en tres nivells: la formació oxidativa d'ATP a partir de l'àcid pirúvic, així com d'aminoàcids i àcids grassos; Els residus d'acetil són destruïts pels àcids tricarboxílics, després dels quals s'alliberen dues molècules de diòxid de carboni i quatre parells d'àtoms d'hidrogen; els electrons i els protons es transfereixen a l'oxigen molecular.
Mecanismes addicionals
La respiració a nivell cel·lular garanteix la formació i la reposició d'ADP directament a les cèl·lules. Encara que el cos es pot reposar amb àcid adenosina trifosfòric d'una altra manera. Per a això, existeixen mecanismes addicionals i, si cal, s'hi inclouen, encara que no són tan efectius.
Són sistemes en què es produeix una descomposició dels hidrats de carboni sense oxigen: glicogenòlisi i glucòlisi. Això ja no és fosforilació oxidativa, les reaccions són una mica diferents. Però la respiració cel·lular no pot aturar-se, perquè en el seu procés es formen molècules molt necessàries dels compostos més importants, que s'utilitzen per a una varietat de biosíntesi.
Formes d'energia
Quan els electrons es transfereixen a la membrana mitocondrial, on es produeix la fosforilació oxidativa, la cadena respiratòria de cadascun dels seus complexos dirigeix l'energia alliberada per moure els protons a través de la membrana, és a dir, de la matriu a l'espai entre les membranes.. Aleshores es forma una diferència de potencial. Els protons estan carregats positivament i es troben a l'espai intermembrana, i negativamentacte carregat de la matriu mitocondrial.
Quan s'arriba a una certa diferència de potencial, el complex proteic retorna els protons a la matriu, convertint l'energia rebuda en una de completament diferent, on els processos oxidatius s'acoblen amb la fosforilació sintètica - ADP. Durant l'oxidació dels substrats i el bombeig de protons a través de la membrana mitocondrial, la síntesi d'ATP no s'atura, és a dir, la fosforilació oxidativa.
Dos tipus
La fosforilació oxidativa i del substrat són fonamentalment diferents entre si. Segons les idees modernes, les formes de vida més antigues podien utilitzar només les reaccions de fosforilació del substrat. Per a això, els compostos orgànics existents al medi extern es van utilitzar a través de dos canals: com a font d'energia i com a font de carboni. No obstant això, aquests compostos del medi ambient es van anar assecant gradualment i els organismes que ja havien aparegut van començar a adaptar-se, a buscar noves fonts d'energia i noves fonts de carboni.
Així van aprendre a utilitzar l'energia de la llum i el diòxid de carboni. Però fins que això va passar, els organismes alliberaven energia dels processos de fermentació oxidativa i també l'emmagatzemaven en molècules d'ATP. Això s'anomena fosforilació del substrat quan s'utilitza el mètode de catàlisi per enzims solubles. El substrat fermentat forma un agent reductor que transfereix electrons a l'acceptor endogen desitjat: acetona, acetalhid, piruvat i similars, o H2 - s'allibera hidrogen gasós.
Característiques comparatives
En comparació amb la fermentació, la fosforilació oxidativa té un rendiment energètic molt més elevat. La glucòlisi dóna un rendiment total d'ATP de dues molècules i, en el transcurs del procés, se'n sintetitzen de trenta a trenta-sis. Hi ha un moviment d'electrons als compostos acceptors dels compostos donants mitjançant reaccions oxidatives i de reducció, formant energia emmagatzemada com a ATP.
Els eucariotes duen a terme aquestes reaccions amb complexos proteics que es localitzen dins de la membrana cel·lular mitocondrial, i els procariotes treballen a l'exterior, al seu espai intermembrana. Aquest complex de proteïnes enllaçades és el que constitueix l'ETC (cadena de transport d'electrons). Els eucariotes només tenen cinc complexos proteics en la seva composició, mentre que els procariotes en tenen molts, i tots funcionen amb una gran varietat de donants d'electrons i els seus acceptors.
Connexions i desconnexions
El procés d'oxidació crea un potencial electroquímic, i amb el procés de fosforilació aquest potencial s'utilitza. Això significa que es proporciona la conjugació, en cas contrari, la unió dels processos de fosforilació i oxidació. D'aquí el nom, fosforilació oxidativa. El potencial electroquímic necessari per a la conjugació el creen tres complexos de la cadena respiratòria: el primer, el tercer i el quart, que s'anomenen punts de conjugació.
Si la membrana interna dels mitocondris està danyada o la seva permeabilitat augmenta per l'activitat dels desacobladors, això sens dubte provocarà la desaparició o disminució del potencial electroquímic, idesprés ve el desacoblament dels processos de fosforilació i oxidació, és a dir, el cessament de la síntesi d'ATP. És el fenomen quan desapareix el potencial electroquímic que s'anomena desacoblament de la fosforilació i la respiració.
Desconnectors
L'estat on l'oxidació dels substrats continua i no es produeix la fosforilació (és a dir, l'ATP no es forma a partir de P i ADP) és el desacoblament de la fosforilació i l'oxidació. Això passa quan els desacobladors interfereixen amb el procés. Què són i quins resultats busquen? Suposem que la síntesi d'ATP es redueix molt, és a dir, es sintetitza en menor quantitat, mentre funciona la cadena respiratòria. Què passa amb l'energia? Transpira com calor. Tothom sent això quan està mal alt amb febre.
Tens temperatura? Així que els trencadors han funcionat. Per exemple, els antibiòtics. Són àcids febles que es dissolen en greixos. Penetrant a l'espai intermembrana de la cèl·lula, es difonen a la matriu, arrossegant amb ells protons lligats. Acció de desacoblament, per exemple, tenen hormones secretades per la glàndula tiroide, que contenen iode (triiodotironina i tiroxina). Si la glàndula tiroide està hiperfuncionada, l'estat dels pacients és terrible: els manca l'energia de l'ATP, consumeixen molts aliments, perquè el cos necessita molts substrats per a l'oxidació, però perden pes, ja que la part principal del l'energia rebuda es perd en forma de calor.
