Какво представлява дихателната верига?

определение

Дихателната верига е процес за генериране на енергия в телесните ни клетки. Той се присъединява към цикъла на лимонената киселина и е последната стъпка в разграждането на захарта, мазнините и протеините. Дихателната верига е разположена във вътрешната мембрана на митохондриите. В дихателната верига, редуциращите еквиваленти (NADH + H + и FADH2), които са се образували междувременно, отново се окисляват (електроните се отделят), при което може да се натрупа протонен градиент. Това в крайна сметка се използва за образуване на универсалния енергиен носител АТФ (аденозин трифосфат). Кислородът също е необходим, за да може дихателната верига да работи напълно.

Последователност на дихателната верига

Дихателната верига е интегрирана във вътрешната митохондриална мембрана и се състои от общо пет ензимни комплекса. Това следва от цикъла на лимонената киселина, в който се образуват редукционните еквиваленти NADH + H + и FADH2. Тези редукционни еквиваленти временно съхраняват енергия и отново се окисляват в дихателната верига. Този процес протича в първите два ензимни комплекса в дихателната верига.

Комплекс 1: NADH + H + достига първия комплекс (NADH убихинон оксидоредуктаза) и освобождава два електрона. В същото време 4 протона се изпомпват от пространството на матрицата в междумембранното пространство.

Комплекс 2: FADH2 освобождава двата си електрона във втория ензимен комплекс (сукцинат-убихинон-оксидоредуктаза), но никакви протони не попадат в междумембранното пространство.

Комплекс 3: Освободените електрони се предават на третия ензимен комплекс (убихинон цитохром с оксидоредуктаза), където други 2 протона се изпомпват от матричното пространство в междумембранното пространство.

Комплекс 4: В крайна сметка електроните стигат до четвъртия комплекс (цитохром с оксидаза). Тук електроните се прехвърлят в кислород (O2), така че водата (H2O) се създава с два допълнителни протона. По този начин 2 протона отново попадат в междумембранното пространство.

Комплекс 5: Общо осем протона бяха изпомпани от пространството на матрицата в междумембранното пространство. Основното изискване за електронната транспортна верига е нарастващата електроотрицателност на ензимния комплекс. Това означава, че способността на ензимните комплекси да привличат отрицателни електрони става все по-силна.
В допълнение към първия краен продукт, вода, в межмембранното пространство се изгражда протонен градиент през дихателната верига. Това съхранява енергия, която се използва за натрупване на АТФ (аденозин трифосфат). Това е работата на петия и последен ензимен комплекс (АТФ синтаза). Петият комплекс обхваща митохондриалната мембрана като тунел. Чрез това, водени от разликата в концентрацията, протоните се връщат обратно в матричното пространство. Това създава АТФ от ADP (аденозин дифосфат) и неорганичен фосфат, който е достъпен за целия организъм.

Какво прави протонната помпа?

Протонната помпа е петият и последен ензимен комплекс в дихателната верига. Чрез това протоните се връщат обратно от междумембранното пространство в матричното пространство. Това става възможно само от установената по-рано разлика в концентрацията между двете реакционни пространства. Енергията, съхранявана в протонния градиент, се използва за синтезиране на ATP (аденозин трифосфат) от фосфат и ADP.
АТФ е универсалният енергиен носител на нашето тяло и е от съществено значение за различни реакции. Тъй като се генерира в протонната помпа, тя е известна още като АТФ синтаза.

Баланс на дихателната верига

Решаващият краен продукт на дихателната верига е АТФ (аденин трифосфат), който е универсален енергиен носител в организма. АТФ се синтезира с помощта на протонен градиент, който възниква по време на дихателната верига. NADH + H + и FADH2 са различно ефективни. NADH + H + се окислява обратно до NAD + в дихателната верига при първия ензимен комплекс и изпомпва общо 10 протона в междумембранното пространство. Когато FADH2 се окислява, добивът е по-нисък, тъй като само 6 протона се транспортират в междумембранното пространство. Това е така, защото FADH2 се въвежда в дихателната верига при втория ензимен комплекс и по този начин заобикаля първия комплекс. За да се синтезира АТФ, 4 протона трябва да преминат през петия комплекс.
Следователно, за NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) и за FADH2 се получават 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Когато молекулата на захарта се разгради чрез гликолиза, цикъл на лимонена киселина и дихателна верига, може да се генерира максимум 32 АТФ, които са на разположение на организма.

Каква роля играят митохондриите?

Митохондриите са клетъчни органели, открити в животински и растителни организми. В митохондриите протичат различни енергийни процеси, включително дихателната верига. Тъй като дихателната верига е решаващият процес за генериране на енергия, митохондриите се наричат ​​още „електроцентралите на клетката“. Те имат двойна мембрана, така че се създават общо две отделни реакционни пространства. Вътре е матричното пространство и междумембранното пространство между двете мембрани. Тези две пространства са основни за потока на дихателната верига. Само по този начин може да се изгради протонен градиент, което е важно за синтеза на АТФ.

Прочетете повече за темата в тази статия: Структура на митохондриите

Какво прави цианидът в дихателната верига?

Цианидите са опасни токсини, включително съединения на циановодород. Те са в състояние да спрат дихателната верига.
По-конкретно, цианидът се свързва с желязото от четвъртия комплекс на дихателната верига. В резултат на това електроните вече не могат да бъдат прехвърлени в молекулярния кислород. В резултат на това цялата дихателна верига вече не може да работи.
Резултатът е липса на енергиен носител АТФ (аденозин трифосфат) и се получава така нареченото „вътрешно задушаване”. Симптоми като повръщане, безсъзнание и спазми се появяват много бързо след отравяне с цианид и, ако не се лекуват, водят до бърза смърт.

Какво представлява дефект на дихателната верига?

Дефектът на дихателната верига е рядко метаболитно заболяване, което често се проявява в детска възраст. Причините са промени в генетичната информация (ДНК). Митохондриите са ограничени във функцията си и дихателната верига не функционира правилно. Това е особено забележимо при органи, които консумират много енергия под формата на АТФ (аденозин трифосфат).
Типични симптоми са например мускулна болка или мускулна слабост.
Терапията за това заболяване е трудна, защото е наследствено заболяване. Трябва да се гарантира, че има достатъчно количество енергия (напр. Чрез глюкоза). В противен случай е подходящо чисто симптоматично лечение.