Sel memerlukan ATP untuk banyak proses yang menggunakan tenaga. Dalam sel eukariot, sebahagian besar ATP daripada pengoksidaan bahan api biologi dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif pada membran dalam mitokondria. Proses ini tidak memindahkan tenaga daripada makanan terus kepada ATP dalam satu langkah. Tenaga dipindahkan melalui pembawa elektron, kecerunan proton dan ATP sintase.
Elektron membekalkan tenaga kepada pam proton
NADH dan FADH₂ membawa elektron yang diperoleh daripada tindak balas metabolik. Elektron bergerak melalui siri pembawa dalam rantai pengangkutan elektron pada membran dalam mitokondria. Pemindahan elektron yang membebaskan tenaga digunakan oleh beberapa kompleks protein untuk mengepam ion hidrogen, H⁺, dari matriks ke ruang antara membran.
Pengepaman H⁺ menghasilkan perbezaan kepekatan dan voltan merentasi membran. Kedua-duanya membentuk kecerunan elektrokimia proton. Membran dalam mitokondria penting kerana ia mengehadkan pergerakan bebas proton dan membolehkan tenaga disimpan dalam kecerunan tersebut.
ATP sintase menggunakan aliran balik proton
Proton cenderung bergerak kembali ke matriks mengikut kecerunan elektrokimia. Apabila H⁺ melalui ATP sintase, perubahan bentuk kompleks protein itu digandingkan dengan pembentukan ATP daripada ADP dan fosfat tak organik. Mekanisme yang menghubungkan kecerunan ion dengan sintesis ATP dikenali sebagai penggandingan kemiosmosis.
Oksigen menerima elektron pada hujung rantai
Dalam respirasi aerob mitokondria, oksigen ialah penerima elektron terakhir. Elektron akhirnya dipindahkan kepada oksigen lalu air terbentuk. Jika aliran elektron ke oksigen terhenti, pengepaman proton melalui rantai respirasi tidak dapat diteruskan seperti biasa dan penghasilan ATP melalui fosforilasi oksidatif merosot.
Mitokondria bukan sekadar bateri
Analogi bateri membantu menggambarkan tenaga yang tersimpan dalam perbezaan elektrokimia, tetapi mitokondria ialah sistem dinamik. Kadar respirasi berubah mengikut bekalan bahan api, oksigen, ADP dan keadaan sel. ATP juga boleh dihasilkan melalui fosforilasi aras substrat, jadi tidak semua ATP sel berasal daripada fosforilasi oksidatif.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Apakah fungsi utama rantai pengangkutan elektron dalam fosforilasi oksidatif?