Foszforiláció alapjai

Foszforiláció definíció

Foszforiláció egy foszforil (PO₃) csoport hozzáadása egy molekulához. A biológiai rendszerekben ez a reakció létfontosságú a szabad energia sejtszintű tárolásához és átadásához energiahordozó molekulák segítségével. Az adenozin-5'-trifoszfát (ATP), a leggyakoribb energiahordozó molekula, két nagy energiájú foszfát-foszfát kötéssel rendelkezik, amelyek felbonthatók, hogy szabad energiát szabadítsanak fel, amikor a sejtnek szüksége van rá a különböző sejtfolyamatok működtetéséhez. Hasonlóképpen, a felesleges szabad energia felhasználható az ATP szintéziséhez az adenozin-5'-difoszfát (ADP) foszforilációján keresztül, és így gyakorlatilag kémiai energiaként tárolható későbbi felhasználásra. Az ADP ATP-vé történő átalakítása kétféle foszforiláción keresztül történhet: oxidatív foszforiláció és szubsztrát-szintű foszforiláció. A két folyamat közötti elsődleges különbség a foszforilációhoz használt szabad energia forrásában rejlik.

Mi az oxidatív foszforiláció?

Az oxidatív foszforiláció során a tápanyagok enzimek általi oxidációja során felszabaduló energiát az energiaigényes foszforilációs reakciók meghajtására használják (azaz az oxidáció és a foszforiláció kapcsolva van). Az energiát az elektronok rögzítése során elektronok kerülnek át az elektrondonorokból elektronakceptorokba, például az oxigénbe, redukciós-oxidációs (redox) reakciók sorozatában. Ezt az energiát végül az ATP-szintáz nevű ATP-szintetizáló enzim működtetésére használják fel az úgynevezett elektron-transport folyamat révén. Az oxidatív foszforiláció igen hatékony, de csak aerob körülmények között zajlik.

Mi a szubsztrát szintű foszforiláció?

Az oxidatív foszforilációval ellentétben, a szubsztrát-szintű foszforiláció nem kapcsolja össze a foszforilációt az oxidációval; a foszforilációhoz szükséges szabad energiát inkább az a kémiai energia biztosítja, amely akkor szabadul fel, amikor egy magasabb energiájú szubsztrát alacsonyabb energiájú termékké alakul át. A szubsztrát-szintű foszforiláció a sejtek citoplazmájában (glikolízis) és a mitokondriumokban (Krebs-ciklus) történik. Aerob és anaerob körülmények között egyaránt előfordulhat, és az oxidatív foszforilációhoz képest gyorsabb, de kevésbé hatékony ATP-forrást biztosít.

Az ATP-ADP-ciklust bemutató diagram a szubsztrát-szintű foszforilációban.

Foszforiláció az aerob légzésben

Az alábbi diagram az oxidatív foszforilációt és a szubsztrát-szintű foszforilációt mutatja be az aerob légzésben.

Az ábra az oxidatív foszforilációt és a szubsztrátszintű foszforilációt mutatja be az aerob légzésben.