ביוטכנולוגיה/הזרחון החמצוני

הזרחון החמצוני מתרחש על ממברנת הפלסמה מהצד הפנימי של המטכונדריה.

השלבים בזרחון החמצוני

השלבים :

1. מסירת 2é ו-⁺H ע"י הכוח המחזר במטריקס.
2. האלקטרון נע במסלול קבוע עד להגעה למולקולה חמצני אטומספרי ($O_{2}$) – המסלול הכחול (למעשה, בין המסלול ישנם מתכות בעלות יכולת חיזור טובה יותר ולכן האלקטרונים נעים).
3. בעקבות תנועת האלקטרונים מנוצלת האנרגיה לשאיבת הפרוטונים מהמטריקס לחלל הבינממברלני (תמונה : החצים האדומים המפנים למעלה).
4. בעקבות השאיבה נוצר מצב בו יש הבדלים ב-PH (דלתא PH - PH משולש) והפרש מליחות (Y משולש – בגלל מטענים חיובים בחלל הבינממברלי). תמונה [H]
5. ה-⁺H הנמצאים בריכוז גבוה בחלל הבינממברנלי "רוצים" לחזור למטריקס לשם השוואת ריכוזים.

הדרך היחידה שלאטומי המימן (H) לחזור למיטוכונדריה הוא באמצעות אתר יחיד הנמצא בממברנה. אתר זה הוא אנזים (ATP Synthase) הבנוי מחלק הנראה כתעלה (מכיוונם של המימן) ומחלק נוסף הפונה למטריקס. כוח מניע (הפרשי מלח ו-PH) דוחפים את הפרוטונים דרך התעלה ובעקבות כך נוצרת מולקולה ATP ע"י קישור Pi ל-ADP (כל הדבר הזה מסתובב ו"זורק" את ה-ATP).

סה"כ :

סוג כוח המחזר	כמה ATP הוא שווה	כמותו הנוצרת בתהליך	סה"כ ATP שמביא
NADH	3ATP	10*3	30ATP
FADH2	2ATP	2*2	4ATP
ATP משלב גליקוליזה	1ATP	2*1	2ATP
ATP משלב המיטכונדריה (לאחר קיזוז - ATP שנוצל בתהליך הזרחון החומצני)	1ATP	2*1	2ATP
סה"כ			38ATP

היכן המים שאמורים להתקבל בסוף התהליך?

$\ CO_{2}+H_{2}O\rightarrow c_{6}H_{12}O_{6}+O_{2}$

$\ O_{2}+4{\acute {e}}+4H^{+}\rightarrow 2H_{2}O$

גלוקוז $\ c_{6}H_{12}o_{6}$– חד סוכר

חמצן $\ o_{2}$- חמצן אטמוספרי, מגיע לתאים דרך זרם הדם.

פחמן דו חמצני $\ co_{2}$– פחמן דו חמצני המתקבל מפירוק במעגל קרבס.

מים $\ H_{2}o$– מולקולה המתקבלת בסוף הזרחון החמצני.

יצירת ATP בתא

כאמור ישנם 2 דרכים ליצירת ATP :

1. זרחון ברמת סובסטרט – העברת קבוצת Pi ממולקולה אחת ל-ADP ע"י אנזים מסוג קינאזות.
2. זרחון חמצני (Oxidative Phosporelation) – תהליך בו מוצמד Pi ל-ADP (תהליך זרחון) תוך כדי תהליכי חמצון- חיזור בהם הכוח המחזר מתחמצן על ידי החמצן (לוקחת את האלקטרונים של הכוח מחזר).

החשיבות חיזור וכוח מחזר – היכולת למחזרם

בעקבות הזרחון החמצוני מתקבל כח מחזר במצב מחומצן – זו אחת החשיבות העיקרית של הכוחות המחזרים בתהליך. מולקולות ה-FAD וה-⁺NAD יחזרו לגליקוליזה ולמעגל קרבס לסיבוב נוסף בו הם יקלטו אלקטרונים ומימנים.

מעכבים של נשימה אירובית – מניעת הזרחון החמצני

1. מעכבי מעבר אלקטרונים – מלקולות שונות נקשרות באתרים שונים לאורך מסלול המעבר של האלקטרונים. מולקולת אלה קושרות את האלקטרון ולא מאפשרות את המשך תנועתם במערכת. עיכוב כזה יוביל להאטה ביצור ה-ATP (אין שאיבת מימנים).
2. מעכבי מעבר אנרגיה :
   • יונופורים – חומר היוצר תעלה נוספת (תעלות למעבר מימן או +K) דרכם המימניים הנשאבים חוזרים במקום לעבור דרך ה-ATPSyn ולכן אין ייצור ATP.
   • מעכבי ATPSyn – חומרים הנקשרים ספציפית לאנזים וחוסמים אותו. אין כניסת מימן אין אנרגיה.

אצטיל COA- מקורות אנרגיה אחרים

אצטיל COA הוא צמת מטבולי (מקום מפגש) גלוקוז, חומצות אמינו וחומצות שומן המפורקות עד יצרת אצטיל. אצטיל שמקורו בחלבון או בשומן נקשר אל COA ומעובר ישירות למטכונדריה, שם מתקיים מעגל קרבס והזרחון החמצוני.