โซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและออกซิเดตีฟฟอสโฟรีเลชัน

                     ในเซลล์ที่มีการใช้ O2 กระบวนการสลายแบบออกซิเดตีฟของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และกรดอะมิโนประกอบด้วย ปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีขั้นตอนสุดท้าย คือ โซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจากสับสเตรทไปให้กับ O2และในขณะที่เกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอนนี้จะมีการปล่อยพลังงานออกมาสำหรับการสร้าง ATP จาก ADP และ Pi โซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและออกซิเดตีฟฟอสโฟรีเลชัน จากวัฏจักรเครบส์หนึ่งรอบจะได้ H อะตอม 4 คู่ จากปฏิกิริยาของเอนไซม์ดีไฮโดรเจเนส ที่มีสับสเตรท คือ ไอโซซิเตรต แอลฟา-คีโต กลูตาเรต ซักซิเนตและมาเลต H อะตอมที่ได้นี้จะให้อิเล็กตรอนที่บริเวณจำเพาะในโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายทอดไปในโซ่การขนส่ง โดยมีโมเลกุลชนิดต่าง ๆ เป็นตัวถ่ายทอดอิเล็กตรอนต่อให้กับ O2 ซึ่งเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายและเป็นส่วนสุดท้าย ของโซ่การขนส่งในสิ่งที่มีชีวิตที่ใช้ออกซิเจน สำหรับแต่ละออกซิเจนอะตอมจะได้รับ 2 อิเล็กตรอนจากโซ่ขนส่งนี้ และ H+ 2 ไอออน เพื่อสร้างเป็น H2O หนึ่งโมเลกุล   นอกจาก H อะตอม 4 คู่ จากวัฏจักรเครบส์แล้ว จากปฏิกิริยาของไพรูเวต กรดไขมัน และกรดอะมิโนโดยเอนไซม์ดีไฮโดรเจเนส จะให้ H อะตอมซึ่งสามารถให้อิเล็กตรอนแก่โซ่การหายใจ นั่นคือ H อะตอมที่ได ้จากสารเชื้อเพลิงโดยการทำงานของดีไฮโดรเจเนส ในเซลล์ที่มีการใช้ออกซิเจนจะให้อิเล็กตรอนแก่โซ่การหายใจที่มี O2 เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายร่วมกัน ในระหว่างการถ่ายทอดอิเล็กตรอนนี้จะมีการปล่อยพลังงานอิสระ ซึ่งถูกนำมาใช้ในการสร้าง ATP อิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ถูกถ่ายทอดไปตามโซ่จาก NADH ไปสู่ O2 จะเกิดการสร้าง ATP 3 โมเลกุล และแต่ละโมเลกุลจะถูกสร้างขึ้นที่บริเวณเฉพาะของโซ่การหายใจ

ที่มา : www.sci.sdsu.edu/.../ MitoElecTrans.JPEG


คุณสมบัติของออกซิเดตีฟ ฟอสโฟรีเลชัน

         1. ออกซิเดตีฟ ฟอสโฟรีเลชัน เกิดขึ้นในโซ่การหายใจ ซึ่งอยู่ที่เมมเบรนชั้นในของไมโทคอนเดรีย วัฏจักรเครบส์และออกซิเดชันของกรดไขมัน ซึ่งเป็นกระบวนการผลิต NADH และ FADH2 เกิดขึ้นในเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย

         2. ออกซิเดชันของ NADH ให้ ATP 3 โมเลกุล ในขณะที่ออกซิเดชันของ FADH2ให้ ATP 2 โมเลกุล และทั้ง 2 กระบวนการ คือ การถ่ายทอดอิเล็กตรอนหรือออกซิเดชันจะต้องเกิดคู่ควบ (couple) กับออกซิเดตีฟ ฟอสโฟรีเลชัน

         3. ในการนำอิเล็กตรอนจาก NADH หรือ FADH2 ไปให้กับ O2 นั้นมีตัวถ่ายทอดอิเล็ก ตรอนจำนวนมากในระหว่างการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะมีการสูบ (pump) H+ ออกจากเมทริกซ์ ทำให้เกิดศักย์ของเมมเบรน (membrane potential) โดยมีคอมเพลกซ์การถ่ายทอดอิเล็กตรอน 3 คอมเพลกซ์ทำหน้าที่เป็นเครื่องสูบโปรตอน ATP จะถูกสร้างขึ้นเมื่อ H+ ผ่านคอมเพลกซ์ของเอนไซม์อีกชนิดหนึ่งกลับเข้าสู่เมทริกซ์ การถ่ายทอดอิเล็กตรอนและออกซิเดตีฟฟอสโฟรีเลชันคู่ควบกันด้วยโปรตอนเกรเดียนต์ (proton gradient) ที่เมมเบรนชั้นในของไมโทคอนเดรีย

ตัวถ่ายทอดอิเล็กตรอนในโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน


         หมู่ถ่ายทอดอิเล็กตรอนในโซ่การหายใจของไมโทคอนเดรียมีหลายชนิด และทุกชนิดจะจับอยู่กับโปรตีน อย่างแน่นเป็นหมู่พรอสเธติก ยกเว้นยูบิควิโนน(ubiquinone)  ในระหว่างการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจาก NADH ไปให้กับ O2 ในโซ่การหายใจจะเกิดการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระจำนวนมากใน 3 ขั้นตอน ซึ่งมากเพียงพอที่จะนำมาสร้างATP จาก ADP และ Pi ได้ ดังนั้นจึงเกิดการสร้างATPขึ้น3โมเลกุลต่อหนึ่งโมเลกุลของ NADHที่ถูกออกซิไดส์หรือต่อหนึ่งอะตอมของออกซิเจน การสร้าง ATP จาก ADP และ Pi ซึ่งเกิดคู่ควบกับการถ่ายทอดอิเล็กตรอนในโซ่การหายใจนี้ เรียกว่า ออกซิเดตีฟ ฟอสโฟรีเลชัน

NADH + H+ + 1/2 O2 + 3ADP + 3Pi
NADH + H+ + 1/2 O2 + 3ADP + 3Pi


พวกเอนไซม์ฟลาวินดีไฮโดรเจเนสส่วนใหญ่ที่มี FAD เป็นหมู่พรอสเธติกจะถ่ายทอด อิเล็กตรอนเข้าสู่โซ่การหายใจให้กับ Q เพราะฉะนั้นจึงเกิดการสร้าง ATP เพียง 2 โมเลกุลต่อ อิเล็กตรอน 2 ตัวที่ถูกถ่ายทอด

ที่มา : bob.usuf2.usuhs.mil/.../ electron-trans.gif

HOME
NEXT