Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa
Catena respiratoria
La catena respiratoria è un sistema di trasportatori mitocondriali di elettroni. Gli elettroni vengono trasportati all’O2 che si riduce a H2O. I coenzimi si riossidano e possono nuovamente partecipare alle reazioni. Il trasporto è esoergonico: procede spontaneamente da coppie ossidoriduttive con E' più elettronegativo a coppie ossidoriduttive a E' più elettropositivo. L’energia che si produce viene usata per formare un gradiente elettrochimico tra spazio intermembrana e matrice (accumulo contro gradiente di H+ nello spazio intermembrana).
Trasformazione dell'energia di ossidoriduzione
La trasformazione dell’energia di ossidoriduzione in energia da gradiente avviene attraverso il ritorno degli H+ nella matrice attraverso FoATPsintasi, fornendo energia per liberare ATP che si è formato su F1 ATPsintasi.
Fosforilazione ossidativa
La fosforilazione ossidativa riguarda la produzione di ATP nella matrice attraverso il complesso F1-Fo ATPsintasi. I trasportatori di elettroni utilizzati includono NAD+, FMN, complessi Fe-S, FAD, CoQ e citocromi di vario tipo. L'accettore finale è l’O2, e il prodotto finale è l’H2O.
- NAD+ si converte in NADH + H+
- FAD si converte attraverso riboflavina fosfato e AMP nell’anello allossazinico
- I citocromi subiscono la trasformazione Fe3+ a Fe2+
Gli elettroni (e-) fluiscono spontaneamente, producendo energia, da coppie ossidoreduttive con E°' negativo a coppie ossidoreduttive con E°' positivo. L’efficienza è maggiore quando i trasportatori di elettroni sono in complessi proteici.
Complessi della catena respiratoria
- NADH nel Complesso I
- CoQ nel Complesso III
- Citocromo C nel Complesso IV
- Complesso II a coinvolgere FADH2
La reazione complessiva è (2 NADH + 2H+) + O2 → 2 NAD+ + 2H2O.
Parametri e costanti
La variazione di energia libera standard, ΔG°, è calcolata come -nFΔE', dove:
- n = numero di elettroni trasferiti
- F = costante di Faraday = 23,06 kcal (o 96,48 kJ) mol-1 V-1
- ΔE' è espresso in V
- ΔG° è espresso in kcal o kJ mol-1
Il Complesso I trasferisce 4 H+ nello spazio intermembrana, il Complesso III trasferisce 4 H+ e il Complesso IV trasferisce 2 H+ nello spazio intermembrana per ogni 2e-.
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