النبات
مواضيع عامة في علم النبات
الجذور - السيقان - الأوراق
النباتات الوعائية واللاوعائية
البذور (مغطاة البذور - عاريات البذور)
الطحالب
النباتات الطبية
الحيوان
مواضيع عامة في علم الحيوان
علم التشريح
التنوع الإحيائي
البايلوجيا الخلوية
الأحياء المجهرية
البكتيريا
الفطريات
الطفيليات
الفايروسات
علم الأمراض
الاورام
الامراض الوراثية
الامراض المناعية
الامراض المدارية
اضطرابات الدورة الدموية
مواضيع عامة في علم الامراض
الحشرات
التقانة الإحيائية
مواضيع عامة في التقانة الإحيائية
التقنية الحيوية المكروبية
التقنية الحيوية والميكروبات
الفعاليات الحيوية
وراثة الاحياء المجهرية
تصنيف الاحياء المجهرية
الاحياء المجهرية في الطبيعة
أيض الاجهاد
التقنية الحيوية والبيئة
التقنية الحيوية والطب
التقنية الحيوية والزراعة
التقنية الحيوية والصناعة
التقنية الحيوية والطاقة
البحار والطحالب الصغيرة
عزل البروتين
هندسة الجينات
التقنية الحياتية النانوية
مفاهيم التقنية الحيوية النانوية
التراكيب النانوية والمجاهر المستخدمة في رؤيتها
تصنيع وتخليق المواد النانوية
تطبيقات التقنية النانوية والحيوية النانوية
الرقائق والمتحسسات الحيوية
المصفوفات المجهرية وحاسوب الدنا
اللقاحات
البيئة والتلوث
علم الأجنة
اعضاء التكاثر وتشكل الاعراس
الاخصاب
التشطر
العصيبة وتشكل الجسيدات
تشكل اللواحق الجنينية
تكون المعيدة وظهور الطبقات الجنينية
مقدمة لعلم الاجنة
الأحياء الجزيئي
مواضيع عامة في الاحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
الغدد
مواضيع عامة في الغدد
الغدد الصم و هرموناتها
الجسم تحت السريري
الغدة النخامية
الغدة الكظرية
الغدة التناسلية
الغدة الدرقية والجار الدرقية
الغدة البنكرياسية
الغدة الصنوبرية
مواضيع عامة في علم وظائف الاعضاء
الخلية الحيوانية
الجهاز العصبي
أعضاء الحس
الجهاز العضلي
السوائل الجسمية
الجهاز الدوري والليمف
الجهاز التنفسي
الجهاز الهضمي
الجهاز البولي
المضادات الحيوية
مواضيع عامة في المضادات الحيوية
مضادات البكتيريا
مضادات الفطريات
مضادات الطفيليات
مضادات الفايروسات
علم الخلية
الوراثة
الأحياء العامة
المناعة
التحليلات المرضية
الكيمياء الحيوية
مواضيع متنوعة أخرى
الانزيمات
Bioenergetics and Oxidative Phosphorylation
المؤلف:
Denise R. Ferrier
المصدر:
Lippincott Illustrated Reviews: Biochemistry
الجزء والصفحة:
11-9-2021
1412
Bioenergetics and Oxidative Phosphorylation
The change in free energy (ΔG) occurring during a reaction predicts the direction in which that reaction will spontaneously proceed. If ΔG is negative (that is, the product has a lower free energy than the substrate), then the reaction is spontaneous as written. If ΔG is positive, then the reaction is not spontaneous. If ΔG = 0, then the reaction is in equilibrium.
The ΔG of the forward reaction is equal in magnitude but opposite in sign to that of the back reaction. The ΔG are additive in any sequence of consecutive reactions, as are the standard free energy changes (ΔG0). Therefore, reactions or processes that have a large, positive ΔG are made possible by coupling with those that have a large, negative ΔG such as ATP hydrolysis. The reduced coenzymes nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and flavin adenine dinucleotide (FADH2) each donate a pair of electrons to a specialized set of electron carriers, consisting of flavin mononucleotide (FMN), iron-sulfur centers, coenzyme Q, and a series of heme-containing cytochromes, collectively called the electron transport chain. This pathway is present in the inner mitochondrial membrane (impermeable to most substances) and is the final common pathway by which electrons derived from different fuels of the body flow to oxygen (O2), which has a large, positive reduction potential (E0), reducing it to water. The terminal cytochrome, cytochrome c oxidase, is the only cytochrome able to bind O2. Electron transport results in the pumping of protons (H+) across the inner mitochondrial membrane from the matrix to the intermembrane space, 10 H+ per NADH oxidized. This process creates electrical and pH gradients across the inner mitochondrial membrane. After H+ have been transferred to the cytosolic side of the membrane, they reenter the matrix by passing through the Fo H+ channel in ATP synthase (Complex V), dissipating the pH and electrical gradients and causing conformational changes in the F1 β subunits of the synthase that result in the synthesis of ATP from ADP + inorganic phosphate. Electron transport and phosphorylation are tightly coupled in oxidative phosphorylation ([OXPHOS] Fig. 1). Inhibition of one process inhibits the other. These processes can be uncoupled by uncoupling protein-1 of the inner mitochondrial membrane of brown adipocytes and by synthetic compounds such as 2,4-dinitrophenol and aspirin, all of which dissipate the H+ gradient. In uncoupled mitochondria, the energy produced by electron transport is released as heat rather than being used to synthesize ATP.
Mutations in mitochondrial DNA, which is maternally inherited, are responsible for some cases of mitochondrial diseases such as Leber hereditary optic neuropathy. The release of cytochrome c into the cytoplasm and subsequent activation of proteolytic caspases results in apoptotic cell death.
Figure 1: Key concept map for oxidative phosphorylation (OXPHOS). [Note: Electron (e−) flow and ATP synthesis are shown as sets of interlocking gears to emphasize coupling.] TCA = tricarboxylic acid; NAD(H) = nicotinamide adenine dinucleotide; FAD(H2) = flavin adenine dinucleotide; FMN = flavin mononucleotide; ADP = adenosine diphosphate.