تفاوت فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده و فسفوریلاسیون اکسایشی

تفاوت اصلی – فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در مقایسه با فسفوریلاسیون اکسایشی

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده (Substrate level phosphorylation) و فسفوریلاسیون اکسایشی (oxidative phosphorylation) دو نوع فرآیند فسفوریلاسیون هستند که در داخل موجودات زنده رخ می‌دهند. فسفوریلاسیون به انتقال گروه فسفات از یک ترکیب به ترکیب دیگر اشاره دارد. به طور کلی، اصطلاح “فسفوریلاسیون” برای توصیف فرایندهای ساخته شدن ATP استفاده می‌شود. موجودات زنده از انرژی به شکل ATP استفاده می‌کنند. در یوکاریوت‌ها، اندامکی که ATP تولید می‌کند، میتوکندری است. اما برخی از ATP‌ها در داخل سیتوپلاسم نیز تولید می‌شوند. تفاوت اصلی بین فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده و فسفوریلاسیون اکسایشی در این است که فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده یک فسفوریلاسیون مستقیم ADP با یک گروه فسفات با استفاده از انرژی به دست آمده از یک واکنش جفت شده است در حالی که فسفوریلاسیون اکسایشی تولید ATP از NADH و FADH_۲ اکسید شده است. 

اصطلاحات کلیدی: آدنوزین دی فسفات (ADP)، آدنوزین تری فسفات (ATP)، سیتوپلاسم، گلیکولیز، چرخه کربس، میتوکندری، فسفوریلاسیون 

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده چیست؟

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده به نوعی از فسفوریلاسیون اشاره دارد که در آن یک گروه فسفات از یک پیش ماده به ADP منتقل می‌شود. همچنین می‌تواند یک گروه فسفات به گوانوزین دی فسفات (GDP) اضافه کند تا گوانوزین تری فسفات (GTP) تشکیل شود. گروه فسفات به طور مستقیم از یک پیش ماده توسط یک واکنش جفت شده حذف می‌شود و به ADP یا GDP منتقل می‌شود. نمونه ای از واکنش فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در شکل ۱ نشان داده شده است.

شکل ۱: فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در گلیکولیز و چرخه کربس رخ می‌دهد. گلیکولیز اولین مرحله تنفس هوازی و تنفس بی‌هوازی است. در گلیکولیز، دو واکنش فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده رخ می‌دهد و چهار مولکول ATP تولید می‌شود. فسفوگلیسرات کیناز و پیروات کیناز دو آنزیم هستند که در فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در گلیکولیز نقش دارند. چرخه کربس فقط در تنفس هوازی اتفاق می‌افتد. در چرخه کربس، فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در ماتریکس میتوکندری رخ می‌دهد. دو واکنش فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در چرخه کربس نیز رخ می‌دهد. فسفونول پیروات کربوکسی کیناز و سوکسینات کوآ لیگاز دو آنزیم درگیر در فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در چرخه کربس هستند. در طول چرخه کربس، ۲ATP توسط فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده تولید می‌شود. به غیر از آدنوزین تری فسفات (ATP)، ۶NADH و ۲FADH_۲ تولید می‌شوند و پتانسیل کاهش آنها در تولید ATP توسط فسفوریلاسیون اکسایشی در تنفس هوازی استفاده می‌شود. 

فسفوریلاسیون اکسایشی چیست؟

فسفوریلاسیون اکسایشی به نوعی از فسفوریلاسیون اشاره دارد که از انرژی آزاد شده از زنجیره انتقال الکترون برای تولید ATP استفاده می‌کند. در غشای داخلی میتوکندری در یوکاریوت‌ها یافت می‌شود. در پروکاریوت‌ها، فسفوریلاسیون اکسایشی در غشای پلاسما رخ می‌دهد. مولکول‌های پرانرژی مانند NADH و FADH_۲ که در چرخه گلیکولیز، چرخه کربس و چرخه اسید چرب تشکیل می‌شوند، دوباره در زنجیره انتقال الکترون اکسید می‌شوند. انرژی آزاد شده توسط این مولکول‌ها در تولید ATP در فسفوریلاسیون اکسایشی استفاده می‌شود. فسفوریلاسیون اکسایشی فقط در تنفس هوازی اتفاق می‌افتد. از هر مولکول گلوکز ۲۶ATP تولید می‌کند. فسفوریلاسیون اکسایشی در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل ۲: فسفوریلاسیون اکسایشی

آنزیم‌هایی که در فسفوریلاسیون اکسایشی دخیل هستند عبارتند از ATP سنتاز، سیتوکروم ردوکتاز، سیتوکروم C اکسیداز و NADH-Q ردوکتاز. 

شباهت بین فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده و فسفوریلاسیون اکسایشی

• هم سطح پیش ماده و هم فسفوریلاسیون اکسایشی یک گروه فسفات به ADP اضافه می‌کنند.
• آنزیم‌ها هم در سطح پیش ماده و هم در فسفوریلاسیون اکسایشی نقش دارند.
• هم سطح پیش ماده و هم فسفوریلاسیون اکسایشی می‌توانند در میتوکندری رخ دهند.

تفاوت بین فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده و فسفوریلاسیون اکسایشی

تعریف

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده به نوعی از فسفوریلاسیون اطلاق می‌شود که در آن یک گروه فسفات از یک بستر به ADP منتقل می‌شود.

فسفوریلاسیون اکسایشی: فسفوریلاسیون اکسایشی به نوعی از فسفوریلاسیون اشاره دارد که از انرژی آزاد شده از زنجیره انتقال الکترون برای تولید ATP استفاده می‌کند.

محل

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در سیتوپلاسم و ماتریکس میتوکندری رخ می‌دهد.

فسفوریلاسیون اکسایشی: فسفوریلاسیون اکسایشی در غشای داخلی میتوکندری رخ می‌دهد.

سازوکار

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: یک گروه فسفات مستقیماً توسط یک واکنش جفت شده از یک بستر جدا شده و به ADP منتقل می‌شود.

فسفوریلاسیون اکسایشی: گروه‌های فسفات از انرژی آزاد شده در زنجیره انتقال الکترون اضافه می‌شوند.

ارتباط

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده یک فسفوریلاسیون مستقیم است.

فسفوریلاسیون اکسایشی: فسفوریلاسیون اکسایشی یک فسفوریلاسیون غیرمستقیم است.

وقوع

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در چرخه گلیکولیز و کربس اتفاق می‌افتد.

فسفوریلاسیون اکسایشی: فسفوریلاسیون اکسایشی در زنجیره انتقال الکترون رخ می‌دهد.

اکسیداسیون/کاهش کوآنزیم‌ها

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: NAD و FAD در طول فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده کاهش می‌یابد.

فسفوریلاسیون اکسایشی: NADH و FADH در طول فسفوریلاسیون اکسایشی اکسید می‌شوند.

تولید خالص ATP

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: چهار ATP در طول فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده تولید می‌شود.

فسفوریلاسیون اکسایشی: سی و چهار ATP در طی فسفوریلاسیون اکسایشی تولید می‌شود.

پتانسیل ردوکس

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: تغییر پتانسیل ردوکس (redox potential) پیش ماده در فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده کمتر است.

فسفوریلاسیون اکسایشی: تغییر پتانسیل ردوکس پیش ماده در فسفوریلاسیون اکسایشی بیشتر است.

سطح اکسیداسیون

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده: اکسیداسیون جزئی بستر در فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده رخ می‌دهد.

فسفوریلاسیون اکسایشی: اکسیداسیون کامل دهنده‌های الکترون در فسفوریلاسیون اکسایشی اتفاق می‌افتد.

نتیجه

فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده و فسفوریلاسیون اکسایشی دو روش برای تولید ATP در موجودات زنده هستند. ATP شکل اصلی مولکول‌های انرژی است که در مکانیسم‌های سلولی استفاده می‌شود. فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده در چرخه گلیکولیز و کربس رخ می‌دهد. فسفوریلاسیون اکسایشی در زنجیره انتقال الکترون رخ می‌دهد. فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده نوعی فسفوریلاسیون مستقیم است که در آن یک گروه فسفات مستقیماً به یک مولکول ADP منتقل می‌شود. فسفوریلاسیون اکسایشی یک روش غیر مستقیم فسفوریلاسیون است که در آن انرژی آزاد شده در زنجیره انتقال الکترون برای تولید ATP استفاده می‌شود. تفاوت اصلی بین فسفوریلاسیون در سطح پیش ماده و فسفوریلاسیون اکسایشی مکانیسم‌های تولید ATP است.