Kāda ir elpošanas ķēde?

definīcija

Elpošanas ķēde ir process enerģijas ģenerēšanai mūsu ķermeņa šūnās. Tas pievienojas citronskābes ciklam un ir pēdējais solis cukura, tauku un olbaltumvielu sadalījumā. Elpošanas ķēde atrodas mitohondriju iekšējā membrānā. Elpošanas ķēdē pa to laiku izveidojušies redukcijas ekvivalenti (NADH + H + un FADH2) atkal tiek oksidēti (elektroni tiek izdalīti), tādējādi veidojot protonu gradientu. To galu galā izmanto, lai izveidotu universālo enerģijas nesēju ATP (adenozīna trifosfātu). Nepieciešams arī skābeklis, lai elpošanas ķēde varētu pilnībā darboties.

Elpošanas ķēdes secība

Elpošanas ķēde ir integrēta iekšējā mitohondriju membrānā un sastāv no kopumā pieciem enzīmu kompleksiem. Tas izriet no citronskābes cikla, kurā veidojas reducēšanas ekvivalenti NADH + H + un FADH2. Šie redukcijas ekvivalenti īslaicīgi uzkrāj enerģiju un atkal tiek oksidēti elpošanas ķēdē. Šis process notiek pirmajos divos enzīmu kompleksos elpošanas ķēdē.

1. komplekss: NADH + H + sasniedz pirmo kompleksu (NADH ubikinona oksidoreduktāzi) un izdala divus elektronus. Tajā pašā laikā no protektora telpas starpmembranālajā telpā tiek iesūknēti 4 protoni.

Komplekss 2: FADH2 izdala savus divus elektronus otrajā enzīmu kompleksā (sukcināta-ubikinona-oksidoreduktāze), bet protoni nenokļūst starpmembrānu telpā.

3. komplekss: Izdalītie elektroni tiek nodoti trešajam enzīmu kompleksam (ubikinona citohroma c oksidoreduktāze), kur vēl 2 protoni no matricas telpas tiek iesūknēti starpmembrānu telpā.

4. komplekss: galu galā elektroni nonāk ceturtajā kompleksā (citohroma c oksidāze). Šeit elektroni tiek pārnesti uz skābekli (O2) tā, ka ar diviem papildu protoniem tiek izveidots ūdens (H2O). Procesa laikā 2 protoni atkal nonāk starpposma telpā.

5. komplekss: Kopumā astoņi protoni no matricas telpas tika iesūknēti starpposma telpā. Pamatprasība elektronu transporta ķēdē ir enzīmu kompleksa pieaugošā elektronegativitāte. Tas nozīmē, ka fermentu kompleksu spēja piesaistīt negatīvos elektronus kļūst spēcīgāka.
Papildus pirmajam galaproduktam, ūdenim, starp elpošanas ceļu caur elpošanas ķēdi tika izveidots protonu gradients. Tas uzkrāj enerģiju, kas tiek izmantota ATP (adenozīna trifosfāta) veidošanai. Šis ir piektā un pēdējā fermentu kompleksa (ATP sintāzes) darbs. Piektais komplekss mitohondriju membrānu izpleš kā tunelis. Caur to, atšķirīgu koncentrācijas ietekmē, protoni ieplūst atpakaļ matricas telpā. Tas rada ATP no ADP (adenozīna difosfāta) un neorganiskā fosfāta, kas ir pieejams visam organismam.

Ko protonu pumpis dara?

Protonu pumpis ir piektais un pēdējais enzīmu komplekss elpošanas ķēdē. Caur to protoni no starpposma telpas atgriežas matricas telpā. To ļauj tikai iepriekš konstatētās atšķirības koncentrācijā starp abām reakcijas telpām. Protonu gradientā uzkrāto enerģiju izmanto, lai galu galā sintezētu ATP (adenozīna trifosfātu) no fosfāta un ADP.
ATP ir mūsu ķermeņa universālais enerģijas nesējs un ir nepieciešams daudzām reakcijām. Tā kā tas tiek ģenerēts protonu sūknī, to sauc arī par ATP sintāzi.

Elpošanas ķēdes līdzsvars

Elpošanas ķēdes izšķirošais gala produkts ir ATP (adenīna trifosfāts), kas ir universāls enerģijas nesējs organismā. ATP tiek sintezēts ar protonu gradienta palīdzību, kas rodas elpošanas ķēdes laikā. NADH + H + un FADH2 ir atšķirīgi efektīvi. NADH + H + tiek oksidēts atpakaļ uz NAD + elpošanas ķēdē pie pirmā enzīma kompleksa un kopā ar membrānu iesūknē 10 protonus. Kad FADH2 tiek oksidēts, iznākums ir mazāks, jo tikai 6 protoni tiek transportēti starpmembrānu telpā. Tas notiek tāpēc, ka FADH2 tiek ievadīts elpošanas ķēdē otrajā fermentu kompleksā un tādējādi apiet pirmo kompleksu. Lai sintezētu ATP, 4 protoniem jāpārplūst caur piekto kompleksu.
Līdz ar to tiek iegūts NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) un FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Sadalot cukura molekulu, izmantojot glikolīzi, citronskābes ciklu un elpošanas ķēdi, var radīt ne vairāk kā 32 ATP, kas ir pieejams organismam.

Kādu lomu spēlē mitohondriji?

Mitohondriji ir šūnu organelli, kas atrodami dzīvnieku un augu organismos. Mitohondrijos notiek dažādi enerģijas procesi, ieskaitot elpošanas ķēdi. Tā kā elpošanas ķēde ir noteicošais enerģijas ģenerēšanas process, mitohondrijus sauc arī par “šūnas spēkstacijām”. Viņiem ir dubultā membrāna, tāpēc kopumā tiek izveidotas divas atsevišķas reakcijas telpas. Iekšpusē ir matricas telpa un starpmembrānu telpa starp abām membrānām. Šīs divas telpas ir būtiskas elpošanas ķēdes plūsmai. Tikai šādā veidā var izveidot protonu gradientu, kas ir svarīgi ATP sintēzei.

Plašāk par tēmu lasiet šajā rakstā: Mitohondriju struktūra

Ko cianīds dara elpošanas ķēdē?

Cianīdi ir bīstami toksīni, ieskaitot cianīda ūdeņraža savienojumus. Viņi spēj apturēt elpošanas ķēdi.
Konkrēti, cianīds saistās ar elpošanas ķēdes ceturtā kompleksa dzelzi. Rezultātā elektronus vairs nevar pārnest uz molekulāro skābekli. Tā rezultātā visa elpošanas ķēde vairs nevar darboties.
Rezultātā trūkst enerģijas avota ATP (adenozīna trifosfāta) un notiek tā saucamā “iekšējā nosmakšana”. Pēc saindēšanās ar cianīdu ļoti ātri parādās tādi simptomi kā vemšana, bezsamaņa un krampji, un, ja tos neārstē, tie ātri noved pie nāves.

Kas ir elpošanas ķēdes defekts?

Elpošanas ķēdes defekts ir reta vielmaiņas slimība, kas bieži izpaužas bērnībā. Cēlonis ir izmaiņas ģenētiskajā informācijā (DNS). Mitohondriju darbība ir ierobežota, un elpošanas ķēde nedarbojas pareizi. Tas ir īpaši pamanāms orgānos, kas patērē daudz enerģijas ATP (adenozīna trifosfāta) veidā.
Tipisks simptoms ir, piemēram, sāpes muskuļos vai muskuļu vājums.
Šīs slimības terapija ir sarežģīta, jo tā ir iedzimta slimība. Jānodrošina pietiekama enerģijas padeve (piemēram, caur glikozi). Pretējā gadījumā ir piemērota tikai simptomātiska ārstēšana.