Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah suatu lintasan metabolisme dengan penggunaan energi yang dilepaskan oleh oksidasi nutrien untuk menghasilkan ATP, dan mereduksi gas oksigen menjadi air.^[1]

Walaupun banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai jenis nutrien, hampir semua organisme menjalankan fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP, oleh karena efisiensi proses mendapatkan energi, dibandingkan dengan proses fermentasi alternatif lainnya seperti glikolisis anaerobik.

Menurut teori kemiosmotik yang dicetuskan oleh Peter Mitchell, energi yang dilepaskan dari reaksi oksidasi pada substrat pendonor elektron, baik pada respirasi aerobik maupun anaerobik, perlahan akan disimpan dalam bentuk potensial elektrokemis sepanjang garis tepi membran tempat terjadinya reaksi tersebut, yang kemudian dapat digunakan oleh ATP sintase untuk menginduksi reaksi fosforilasi terhadap molekul adenosina difosfat dengan molekul Pi.^[2]

Elektron yang melekat pada molekul sisi dalam kompleks IV rantai transpor elektron akan digunakan oleh kompleks V untuk menarik ion H⁺ dari sitoplasma menuju membran mitokondria sisi luar, disebut kopling kemiosmotik,^[3] yang menyebabkan kemiosmosis, yaitu difusi ion H⁺ melalui ATP sintase ke dalam mitokondria yang berlawanan dengan arah gradien pH, dari area dengan energi potensial elektrokimiawi lebih rendah menuju matriks dengan energi potensial lebih tinggi. Proses kopling kemiosmotik juga berpengaruh pada kombinasi gradien pH dan potensial listrik di sepanjang membran yang disebut gaya gerak proton.

Dari teori ini, keseluruhan reaksi kemudian disebut fosforilasi oksidatif.

Awal lintasan dimulai dari elektron yang dihasilkan oleh siklus asam sitrat yang ditransfer ke senyawa:

• NAD⁺ yang berada di dalam matriks mitokondria. Setelah menerima elektron, NAD⁺ akan bereaksi menjadi NADH dan ion H⁺, kemudian mendonorkan elektronnya ke rantai transpor elektron kompleks I.^[4]
• dan FAD yang berada di dalam rantai transpor elektron kompleks II.^[5] FAD akan menerima dua elektron, kemudian bereaksi menjadi FADH₂ melalui reaksi redoks.

Walaupun fosforilasi oksidatif adalah bagian vital metabolisme, ia menghasilkan spesi oksigen reaktif seperti superoksida dan hidrogen peroksida pada kompleks I.^[6] Hal ini dapat mengakibatkan pembentukan radikal bebas, merusak sel tubuh, dan kemungkinan juga menyebabkan penuaan. Enzim-enzim yang terlibat dalam lintasan metabolisme ini juga merupakan target dari banyak obat dan racun yang dapat menghambat aktivitas enzim.

1. ^ (Inggris) Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter (2002). Molecular Biology of the Cell - Fig. 2-82. The final stages of oxidation of food molecules (edisi ke-4). Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-24. Diakses tanggal 2010-07-16. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
2. ^ (Inggris) "Experimental support for the "E pathway hypothesis" of coupled transmembrane e– and H+ transfer in dihemic quinol:fumarate reductase". Department of Molecular Membrane Biology, Max Planck Institute of Biophysics, Institut für Mikrobiologie, Institut für Biophysik, Institut für Organische Chemie, Johann Wolfgang Goethe-Universität; C. Roy D. Lancaster, Ursula S. Sauer, Roland Groß, Alexander H. Haas, Jürgen Graf, Harald Schwalbe, Werner Mäntele, Jörg Simon, dan M. Gregor Madej. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-03-12. Diakses tanggal 2010-11-09. 
3. ^ (Inggris) Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter (2002). Molecular Biology of the Cell - Chemiosmotic coupling (edisi ke-4). Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-24. Diakses tanggal 2010-07-13. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
4. ^ (Inggris) "The Cell - The Mechanism of Oxidative Phosphorylation - Fig. 10.8". Geoffrey M. Cooper. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-24. Diakses tanggal 2010-07-15. 
5. ^ (Inggris) "The Cell - The Mechanism of Oxidative Phosphorylation - Fig. 10.9". Geoffrey M. Cooper. Diakses tanggal 2010-07-15. 
6. ^ (Inggris) "Generation of superoxide by the mitochondrial Complex I". Department of Biochemistry, School of Biology, Moscow State University; Grivennikova VG, Vinogradov AD. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2012-06-27. Diakses tanggal 2010-07-18.