Что такое дыхательная цепь?

определение

Дыхательная цепь - это процесс выработки энергии в клетках нашего тела. Он присоединяется к циклу лимонной кислоты и является последним шагом в расщеплении сахара, жиров и белков. Дыхательная цепь расположена во внутренней мембране митохондрий. В дыхательной цепи восстановительные эквиваленты (НАДН + Н + и ФАДН2), которые образовались за это время, снова окисляются (выделяются электроны), в результате чего может создаваться протонный градиент. В конечном итоге он используется для образования универсального энергоносителя АТФ (аденозинтрифосфата). Кислород также необходим для полноценной работы дыхательной цепи.

Последовательность дыхательной цепи

Дыхательная цепь интегрирована во внутреннюю митохондриальную мембрану и состоит всего из пяти ферментных комплексов. Это следует из цикла лимонной кислоты, в котором образуются восстановительные эквиваленты НАДН + Н + и ФАДН2. Эти восстановительные эквиваленты временно накапливают энергию и снова окисляются в дыхательной цепи. Этот процесс происходит в первых двух ферментных комплексах дыхательной цепи.

Комплекс 1: НАДН + Н + достигает первого комплекса (НАДН убихинон оксидоредуктаза) и высвобождает два электрона. При этом 4 протона перекачиваются из матричного пространства в межмембранное пространство.

Комплекс 2: FADH2 высвобождает два своих электрона на втором ферментном комплексе (сукцинат-убихинон-оксидоредуктаза), но протоны не попадают в межмембранное пространство.

Комплекс 3: освобожденные электроны передаются третьему ферментному комплексу (убихинонцитохром с оксидоредуктаза), где еще 2 протона перекачиваются из матричного пространства в межмембранное пространство.

Комплекс 4: в конечном итоге электроны попадают в четвертый комплекс (цитохром с оксидаза). Здесь электроны передаются кислороду (O2), так что с двумя дополнительными протонами создается вода (H2O). При этом 2 протона снова попадают в межмембранное пространство.

Комплекс 5: всего восемь протонов были перекачаны из матричного пространства в межмембранное пространство. Основным требованием для цепи переноса электронов является возрастающая электроотрицательность ферментного комплекса. Это означает, что способность комплексов ферментов притягивать отрицательные электроны усиливается.
В дополнение к первому конечному продукту, воде, в межмембранном пространстве через дыхательную цепь был создан градиент протонов. В нем накапливается энергия, которая используется для создания АТФ (аденозинтрифосфата). Это работа пятого и последнего ферментного комплекса (АТФ-синтазы). Пятый комплекс охватывает митохондриальную мембрану как туннель. Благодаря этому, движимые разницей в концентрации, протоны текут обратно в матричное пространство. Это создает АТФ из АДФ (аденозиндифосфата) и неорганического фосфата, который доступен для всего организма.

Что делает протонный насос?

Протонный насос - это пятый и последний ферментный комплекс в дыхательной цепи. Благодаря этому протоны возвращаются из межмембранного пространства в матричное пространство. Это стало возможным только благодаря ранее установленной разнице концентраций между двумя реакционными пространствами. Энергия, запасенная в протонном градиенте, используется для окончательного синтеза АТФ (аденозинтрифосфата) из фосфата и АДФ.
АТФ является универсальным энергоносителем нашего тела и необходим для различных реакций. Поскольку он вырабатывается протонным насосом, он также известен как АТФ-синтаза.

Баланс дыхательной цепи

Решающим конечным продуктом дыхательной цепи является АТФ (аденинтрифосфат), который является универсальным энергоносителем в организме. АТФ синтезируется с помощью протонного градиента, возникающего во время дыхательной цепи. НАДН + Н + и ФАДН2 по-разному эффективны. НАДН + Н + окисляется обратно в НАД + в дыхательной цепи в первом ферментном комплексе и перекачивает в общей сложности 10 протонов в межмембранное пространство. Когда FADH2 окисляется, выход ниже, потому что только 6 протонов транспортируются в межмембранное пространство. Это связано с тем, что FADH2 вводится в дыхательную цепь во втором ферментном комплексе и таким образом обходит первый комплекс. Чтобы синтезировать АТФ, 4 протона должны пройти через пятый комплекс.
Следовательно, на НАДН + Н + 2,5 АТФ (10/4 = 2,5) и на FADH2 производится 1,5 АТФ (6/4 = 1,5).
Когда молекула сахара расщепляется посредством гликолиза, цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи, может быть образовано максимум 32 АТФ, доступных организму.

Какую роль играют митохондрии?

Митохондрии - это клеточные органеллы, обнаруженные в организмах животных и растений. В митохондриях происходят различные энергетические процессы, в том числе дыхательная цепь. Поскольку дыхательная цепь является решающим процессом для выработки энергии, митохондрии также называют «электростанциями клетки». Они имеют двойную мембрану, так что всего создается два отдельных реакционных пространства. Внутри находится матричное пространство и межмембранное пространство между двумя мембранами. Эти два пространства имеют фундаментальное значение для дыхательной цепи. Только так можно создать протонный градиент, который важен для синтеза АТФ.

Подробнее по теме читайте в этой статье: Строение митохондрий

Что цианид делает в дыхательной цепи?

Цианиды - опасные токсины, в том числе соединения цианистого водорода. Они способны остановить дыхательную цепь.
В частности, цианид связывается с железом четвертого комплекса дыхательной цепи. В результате электроны больше не могут передаваться молекулярному кислороду. В результате вся дыхательная цепь больше не может работать.
В результате не хватает источника энергии АТФ (аденозинтрифосфата) и возникает так называемое «внутреннее удушье». Такие симптомы, как рвота, потеря сознания и судороги, возникают очень быстро после отравления цианидом и, если их не лечить, приводят к быстрой смерти.

Что такое дефект дыхательной цепи?

Дефект дыхательной цепи - редкое заболевание обмена веществ, которое часто проявляется в детстве. Причина - изменение генетической информации (ДНК). Митохондрии ограничены в своей функции, а дыхательная цепь не функционирует должным образом. Это особенно заметно в органах, которые потребляют много энергии в виде АТФ (аденозинтрифосфата).
Типичным симптомом является, например, мышечная боль или мышечная слабость.
Терапия этого заболевания затруднена, поскольку это наследственное заболевание. Следует убедиться, что есть достаточный запас энергии (например, через глюкозу). В противном случае целесообразно чисто симптоматическое лечение.