Was ist oxidative Phosphorylierung?
Oxidative Phosphorylierung ist der Satz chemischer Reaktionen, die zur Herstellung von Adenosintriphosphat (ATP) verwendet werden. Es ist ein wichtiger Bestandteil der aeroben Atmung und möglicherweise die grundlegendste Stoffwechseloperation auf der Erde. Verschiedene Arten von Organismen haben viele verschiedene Möglichkeiten, die oxidative Phosphorylierung zu organisieren, aber das Endergebnis ist immer dasselbe: Die Energie vom vorletzten Schritt in der Reihe wird verwendet, um ein Phosphoratom an Adenosindiphosphat (ADP) zu binden und es in ATP umzuwandeln . Die potentielle Energie, die dem Molekül bei dieser Reaktion hinzugefügt wird, macht ATP zu einer universell nützlichen Energiequelle in der Zelle.
Der Vorlauf zum letzten Schritt der oxidativen Phosphorylierung umfasst eine Reihe von Reduktionsoxidations- oder Redoxreaktionen. Diese Reaktionen übertragen Elektronen von einem Molekül auf ein anderes und verändern dadurch die Ladung beider. Diese Gruppe von Vorgängen wird als Elektronentransportkette bezeichnet, da sie es der Zelle ermöglicht, Energie in Form von Elektronen von der Speicherung an einen Ort zu transportieren, an dem sie leicht verwendet werden kann. Nicotinamidadenindinukleotid (NAD + ) ist ein häufiger Schritt gegen Ende dieses Prozesses. Das '+' stellt eine positive Ladung dar, die es ermöglicht, leicht Elektronen aufzunehmen und zu einer reduzierten Form namens NADH zu werden.
Die Energie der Elektronen in NADH wird verwendet, um einen Prozess anzutreiben, der als Chemiosmose bezeichnet wird. Die Chemiosmose konzentriert die Energie der Elektronen in potentielle Energie, indem sie Wasserstoffionen - Protonen - über eine Membran bewegt. Diese Bewegung erzeugt aufgrund der akkumulierten positiven Ladung auf einer Seite einen Energiegradienten über die Membran. Dieser Energiegradient wird als Protonen-Motivationskraft bezeichnet. An diesem Punkt kann der letzte und universellste Schritt der oxidativen Phosphorylierung stattfinden.
ATP-Synthase ist das Enzym, das letztendlich für die Umwandlung von ADP in ATP verantwortlich ist. Ein Teil des Proteins ist in die Membran eingebettet, über die die Protonen getrieben wurden. Die ATP-Synthase bietet einen Weg, über den die Protonen in die Zelle zurückkehren können, nutzt jedoch die dabei erzeugte Energie. Dieser Vorgang ähnelt der Art und Weise, wie Windmühlen Druckunterschiede nutzen und Wasserräder Änderungen der potenziellen Energie aufgrund der Schwerkraft nutzen. Die Bewegung eines Protons zurück über die Membran wird verwendet, um eine Änderung der Form des Enzyms herbeizuführen. Wenn ein ADP-Molekül bei diesem Ereignis bereits an die ATP-Synthase gebunden ist, wird durch die Änderung ein zusätzliches Phosphoratom auferlegt. Das neu produzierte ATP-Molekül darf das Enzym verlassen und wird frei, um an anderer Stelle in der Zelle Energie bereitzustellen.