Ключевая разница - фосфорилирование на уровне субстрата и окислительное фосфорилирование
Фосфорилирование – это процесс, при котором фосфатная группа добавляется в органическую молекулу с помощью определенных ферментов. Это важный механизм, происходящий в клетке для переноса или хранения энергии в виде высокоэнергетических связей между фосфатными группами. АТФ образуется в клетках путем фосфорилирования. Другие важные фосфатсодержащие соединения также синтезируются путем фосфорилирования. Существуют различные типы фосфорилирования. Среди них в клетках распространены фосфорилирование на уровне субстрата и окислительное фосфорилирование. Ключевое различие между фосфорилированием на уровне субстрата и окислительным фосфорилированием заключается в том, что при фосфорилировании на уровне субстрата фосфатная группа из фосфорилированного соединения напрямую переносится на АДФ или ГДФ с образованием АТФ или ГТФ без участия других молекул, в то время как при окислительном фосфорилировании питательные вещества или химические вещества обеспечивают энергии для переноса фосфатной группы на АДФ и производства высокоэнергетической АТФ с помощью электронной или H+ транспортной системы.
Что такое фосфорилирование на уровне субстрата?
Прямой перенос фосфатной группы с субстрата на АДФ для образования высокоэнергетической АТФ известен как фосфорилирование на уровне субстрата. Эта реакция в основном катализируется ферментами киназами. Донор фосфатной группы напрямую отдает или переносит фосфатную группу на АДФ без участия промежуточного звена между донором и АДФ. Фосфатная группа передается от первой молекулы и принимается второй молекулой. Энергия, высвобождаемая при разрыве фосфатной группы, используется для фосфорилирования АДФ при фосфорилировании на уровне субстрата, и это известно как реакция сопряжения. Это можно показать с помощью следующего уравнения.
Гликолиз является наиболее распространенным примером, когда АТФ синтезируется посредством фосфорилирования на уровне субстрата, когда две молекулы фосфоенола пирувата превращаются в две молекулы пирувата с помощью фермента пируваткиназы в аэробных или анаэробных условиях. Более того, во время цикла Кребса АТФ вырабатываются посредством фосфорилирования на уровне субстрата.
Что такое окислительное фосфорилирование?
Окислительное фосфорилирование – это процесс, в ходе которого фосфорилируется АДФ для синтеза АТФ путем переноса электронов по электрон-транспортной цепи на заключительном этапе аэробного дыхания. Он использует переносчики электронов НАДН и фермент АТФ-синтазу для образования АТФ. Энергия производится в результате окислительно-восстановительных реакций (градиент протонов), а фосфаты поступают из пула неорганических фосфатов. Для окислительного фосфорилирования необходим молекулярный кислород в качестве конечного акцептора электронов. Следовательно, окислительное фосфорилирование возможно только в аэробных условиях и происходит во внутренней мембране митохондрий. Окислительное фосфорилирование - это процесс, который дает большее количество АТФ в аэробных организмах.
Рисунок 02: Окислительное фосфорилирование
В чем разница между фосфорилированием на уровне субстрата и окислительным фосфорилированием?
Фосфорилирование на субстратном уровне и окислительное фосфорилирование |
|
| Фосфорилирование на уровне субстрата напрямую переносит фосфатную группу с субстрата (фосфорилированного соединения) на АДФ с образованием АТФ. | Окислительное фосфорилирование – это процесс, при котором энергия, высвобождаемая при химическом окислении питательных веществ, используется для синтеза АТФ. |
| Используемая энергия | |
| Энергия генерируется в результате сопряженной реакции для этого процесса. | Энергия, генерируемая в результате реакции электрон-транспортной цепи, используется для этого процесса. |
| Окислительно-восстановительный потенциал | |
| Небольшая разница окислительно-восстановительного потенциала возникает при фосфорилировании на уровне субстрата. | Для обеспечения этого фосфорилирования создается большая разница в окислительно-восстановительном потенциале. |
| Условия | |
| Это происходит как в аэробных, так и в анаэробных условиях. | Это происходит в аэробных условиях. |
| Окисление соединений | |
| Подложки частично окислены. | Доноры электронов полностью окислены. |
| Местоположения | |
| Фосфорилирование на субстратном уровне происходит в цитозоле и митохондриях | Окислительное фосфорилирование происходит в митохондриях. |
| Вхождение | |
| Это можно увидеть в гликолизе и цикле Кребса. | Это происходит только во время электрон-транспортной цепи. |
| Ассоциация с электрон-транспортной цепью и АТФ-синтазой | |
| Фосфорилирование на субстратном уровне не связано с электрон-транспортной цепью или АТФ-синтазой | Это связано с цепью переноса электронов и АТФ-синтазой. |
| Вовлечение О2 и НАДН | |
| Это не использует O2 или НАДН для образования АТФ. | Это использует O2 и NADH для производства АТФ. |
Резюме – Фосфорилирование на уровне субстрата в сравнении с окислительным фосфорилированием
Фосфорилирование на уровне субстрата - это процесс, который превращает АДФ в АТФ путем прямого переноса фосфатной группы от фосфорилированного соединения к АДФ. Окислительное фосфорилирование использует протонный градиент (градиент концентрации ионов H+), генерируемый в цепи переноса электронов, для фосфорилирования АДФ в АТФ в аэробных организмах. Фосфорилирование на уровне субстрата можно увидеть в гликолизе и цикле Кребса. Окислительное фосфорилирование можно увидеть в электрон-транспортной цепи. В этом разница между фосфорилированием на уровне субстрата и окислительным фосфорилированием.
