Oxidative Phosphorylierung ist die Reihe von chemischen Reaktionen, die zur Herstellung von Adenosintriphosphat (ATP) verwendet werden. Es ist ein wichtiger Bestandteil der aeroben Atmung und vielleicht der grundlegendste Stoffwechselvorgang auf der Erde. Verschiedene Arten von Organismen haben viele verschiedene Möglichkeiten, die oxidative Phosphorylierung zu organisieren, aber das Endergebnis ist immer das gleiche: Energie aus dem 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 innerhalb der Zelle.
Der Vorlauf zum letzten Schritt der oxidativen Phosphorylierung umfasst eine Reihe von Reduktions-Oxidations- oder Redoxreaktionen. Diese Reaktionen übertragen Elektronen von einem Molekül auf ein anderes, wodurch die Ladung beider verändert wird. Diese Reihe von Operationen wird als Elektronentransportkette bezeichnet, weil sie es der Zelle ermöglicht, Energie in Form von Elektronen vom Speicher an einen Ort zu transportieren, an dem sie leicht verwendet werden kann. Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) ist ein häufiger Schritt am Ende dieses Prozesses. Das ‚+‘ steht für eine positive Ladung, die es ihm ermöglicht, leicht Elektronen aufzunehmen und eine reduzierte Form namens NADH zu werden.
Die Energie der Elektronen in NADH wird verwendet, um einen Prozess namens Chemiosmose anzutreiben. 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 protonenmotorische Kraft bezeichnet. An diesem Punkt kann der letzte und universellste Schritt der oxidativen Phosphorylierung erfolgen.
Die 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, durch die die Protonen getrieben wurden. Die ATP-Synthase bietet einen Weg, über den die Protonen wieder in die Zelle gelangen können, nutzt aber die dabei erzeugte Energie. Dieser Vorgang ähnelt der Art und Weise, wie Windmühlen Druckunterschiede nutzen und Wasserräder Änderungen der potentiellen Energie aufgrund der Schwerkraft nutzen. Die Bewegung eines Protons zurück durch die Membran wird verwendet, um eine Formänderung des Enzyms zu bewirken. Wenn ein ADP-Molekül bei diesem Ereignis bereits an die ATP-Synthase gebunden ist, wird ihm durch die Änderung ein zusätzliches Phosphoratom auferlegt. Das neu produzierte ATP-Molekül kann das Enzym verlassen und wird frei, um an anderer Stelle in der Zelle Energie bereitzustellen.