La fosforilazione ossidativa

LA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

La fosforilazione ossidativa rappresenta il culmine del metabolismo energetico negli organismi aerobici. Tutte le tappe enzimatiche della degradazione ossidativa dei carboidrati, acidi grassi e amminoacidi nelle cellule aerobiche convergono sulla tappa fanale della respirazione cellulare, in cui gli elettroni passano degli intermedi catabolici all'ossigeno, generando l'energia necessaria alla sintesi di ATP da ADP e Pi. Negli eucariote la fosforilazione ossidativa avviene nei mitocondri.

La maggior parte degli elettroni che entrano nella catena respiratoria mitocondriale è il frutto dell'azione di deidrogenasi che partecipano a reazioni come l'ossidazione del piruvato, il ciclo di Krebs, la β ossidazione degli acidi grassi e le tappe ossidative del catabolismo degli acidi grassi. Essa è costituita da una serie di trasportatori elettrici: NAD, FAD, ubichinone o CoQ idrofobico (può acquisire 1 o 2 elettroni) e proteine contenenti ferro (citocromi che hanno un gruppo eme e proteine ferro-zolfo che trasportano un elettrone per volta). I trasportatori di elettroni dei mitocondri funzionano in 4 complessi ordinati, i complessi 1 e 2 trasferiscono gli elettroni all'ubichinone da due donatori diversi: il NADH e il succinato. Il complesso 3 trasporta gli elettroni dall'ubichinone al citocromo c e il complesso 4 completa la sequenza trasferendo gli elettroni dal citocromo c all'ossigeno. L'ATP sintasi è formato da due componenti principali, chiamati F0 e F1. Il complesso F0F1 ha la funzione di catalizzare la condensazione di ADP e Pi per formare ATP.  

Gli elettroni passano dal NADH a FMN e a poi una serie di proteine fesso-zolfo e infine all'ubichinone che viene ossidato accettando uno ione idruro e un protone dal solvente acquoso della matrice;

Gli elettroni dal succinato, attraverso FAD e diversi centri ferro-zolfo arrivano all'ubichinone;

Il complesso tre funziona come una pompa protonica, per effetto della distribuzione asimmetrica del complesso, i protoni che si liberano quando l'UQH  viene ossidato sono rilasciati nello spazio intermembrana, generando una differenza nella concentrazione protonica transmembrana, cioè un gradiente protonico;

Il complesso enzimatico quattro catalizza il trasferimento contemporaneo di quattro elettroni ad una molecola d'ossigeno. Il flusso degli elettroni dal citocromo c all'ossigeno determina lo spostamento di protoni dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana.

Il gradiente protonico fornisce l'energia, la forza motrice protonica per la sintesi d'ATP da parte del complesso proteico presente nella membrana interna detta F0F1 ATPasi. La fosforilazione ossidativa produce la maggior parte dell'ATP necessario alle cellule aerobiche, ed è regolata sulla domanda energetica cellulare.