Окислительное фосфорилирование является высокоэффективным процессом, который генерирует большое количество аденозинтрифосфата (АТФ), основной единицы энергии, которая управляет многими процессами в живых клетках. Окислительное фосфорилирование включает в себя два процесса: электронный транспорт и хемиосмоз. Во время транспортировки электронов электроны курсируют между крупными комплексами+на внутренней митохондриальной мембране, а протоны (H) перекачиваются через мембрану в интермбранное пространство, создавая электрохимический градиент. На следующем этапе протоны стекают обратно вниз по градиенту в митохондриальную матрицу через синтазу АТФ, белковый комплекс, встроенный во внутреннюю мембрану. Этот процесс, называемый хемиосмозом, использует энергию протонного градиента для привода синтеза АТФ из аденозин-дипфосфата (ADP).
Электронная транспортная цепь – это ряд комплексов, которые передают электроны от доноров электронов к электронным акцепторам с помощью одновременных реакций сокращения и окисления, иначе известных как редокс-реакции. В конце цепочки электроны уменьшают молекулярный кислород для производства воды.
Перебежки электронов между комплексами сопровождаются передачей протонов, в результате которой протоны (H ионы) переходят от митохондриальной матрицы в интермембранное пространство против их градиента концентрации. В конце концов, высокая концентрация протонов в интермембранном пространстве заставляет протоны двигаться вниз по градиенту концентрации обратно в митохондриальную матрицу через АТФ синтазы, тем самым производя АТФ. Этот процесс, который использует энергию, хранящуюся в градиенте концентрации протонов через мембрану для управления работой клетки, называется хемиосмоз.
Структура, ответственная за движение протонов по внутренней митохондриальной мембране, является белковый комплекс синтазы АТФ. Он состоит из статора – канала, в который ионы водорода входят и покидают комплекс, ротора (F0), встроенногов мембрану, и ручки каталитических белков (F1), расположенныхв митохондриальной матрице. Ротор F0 вращается по мере того, как ионы водорода связываются с каждым подразделением и меняют его форму. Вращающийся ротор затем поворачивает внутренний стержень, который изменяетконформацию F 1, что облегчает его связывание с ADP и неорганическим фосфатом, в результате чего производство АТФ.
Процесс аэробного дыхания может производить в общей сложности 30 или 32 АТФ на молекулу потребляемой глюкозы (рисунок 3). Четыре молекулы АТФ производятся во время гликолиза, но два потребляются в процессе, в результате чего в общей сложности две молекулы АТФ. Одна молекула АТФ производится на раунд цикла Кребса, и два цикла происходят для каждой молекулы глюкозы, производя в общей сложности два АТФ. Наконец, 26 или 28 АТФ производятся в транспортной цепочке электронов через окислительное фосфорилирование, в зависимости от того, используется ли NADH или FADH2 в качестве носителя электронов.
