Kāda ir elpošanas ķēde?
definīcija
Elpošanas ķēde ir enerģijas ģenerēšanas process mūsu ķermeņa šūnās. Tas pievienojas citronskābes ciklam un ir pēdējais posms cukura, tauku un olbaltumvielu sadalīšanā. Elpošanas ķēde atrodas mitohondriju iekšējā membrānā. Elpošanas ķēdē starplaikā izveidojušies reducēšanās ekvivalenti (NADH + H + un FADH2) atkal oksidējas (tiek izdalīti elektroni), līdz ar to protonu gradients var uzkrāties. To galu galā izmanto, lai izveidotu universālo enerģijas nesēju ATP (adenozīna trifosfātu). Ir nepieciešams arī skābeklis, lai elpošanas ķēde varētu pilnībā iziet.
Elpošanas ķēdes secība
Elpošanas ķēde ir integrēta iekšējā mitohondriju membrānā un sastāv no kopumā pieciem enzīmu kompleksiem. Tas izriet no citronskābes cikla, kurā veidojas reducēšanās ekvivalenti NADH + H + un FADH2. Šie reducēšanas ekvivalenti īslaicīgi uzkrāj enerģiju un atkal oksidējas elpošanas ķēdē. Šis process notiek pirmajos divos enzīmu kompleksos elpošanas ķēdē.
1. komplekss: NADH + H + sasniedz pirmo kompleksu (NADH ubiquinone oxidoreductase) un atbrīvo divus elektronus. Tajā pašā laikā no matricas telpas starpmembrānas telpā tiek iesūknēti 4 protoni.
2. komplekss: FADH2 atbrīvo divus elektronus pie otrā enzīmu kompleksa (sukcināta-ubiquinone-oxidoreductase), bet starpmembrānas telpā nenonāk protoni.
3. komplekss: atbrīvotie elektroni tiek nodoti trešajam enzīmu kompleksam (ubiquinone citohroma c oksidoreduktāzei), kur vēl 2 protoni tiek sūknēti no matricas telpas starpmembrānas telpā.
4. komplekss: galu galā elektroni nonāk ceturtajā kompleksā (citohroma c oksidāzē). Šeit elektroni tiek pārnesti uz skābekli (O2), tā ka ar diviem papildu protoniem tiek izveidots ūdens (H2O). To darot, 2 protoni atkal nokļūst starpmembrānas telpā.
5. komplekss: Kopumā no matricas telpas starpmembrānas telpā tika iesūknēti astoņi protoni. Elektronu transporta ķēdes pamatprasība ir fermentu kompleksa pieaugošā elektronegativitāte. Tas nozīmē, ka fermentu kompleksu spēja piesaistīt negatīvos elektronus kļūst arvien spēcīgāka.
Papildus pirmajam galaproduktam, ūdenim, starpmembrānu telpā caur elpošanas ķēdi tika izveidots protonu gradients. Tas uzkrāj enerģiju, kas tiek izmantota ATP (adenozīna trifosfāta) veidošanai. Tas ir piektā un pēdējā fermentu kompleksa (ATP sintāzes) darbs. Piektais komplekss aptver mitohondriju membrānu kā tuneli. Caur to, koncentrācijas atšķirības vadīti, protoni atkal ieplūst matricas telpā. Tas rada ATP no ADP (adenozīna difosfāta) un neorganiskā fosfāta, kas ir pieejams visam organismam.
Ko dara protonu sūknis?
Protonu sūknis ir piektais un pēdējais enzīmu komplekss elpošanas ķēdē. Caur to protoni no starpmembrānas telpas plūst atpakaļ matricas telpā. To nodrošina tikai iepriekš noteiktā koncentrācijas atšķirība starp abām reakcijas telpām. Enerģija, kas uzkrāta protonu gradientā, tiek izmantota, lai galu galā sintezētu ATP (adenozīna trifosfātu) no fosfāta un ADP.
ATP ir mūsu ķermeņa universālais enerģijas nesējs un ir būtisks dažādu reakciju veikšanai. Tā kā tas tiek ģenerēts pie protonu sūkņa, to sauc arī par ATP sintāzi.
Elpošanas ķēdes līdzsvars
Elpošanas ķēdes izšķirošais gala produkts ir ATP (adenīntrifosfāts), 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. Pirmajā enzīmu kompleksā NADH + H + tiek oksidēts atpakaļ uz NAD + elpošanas ķēdē, un starpmembrānas telpā tiek iesūknēti 10 protoni. Kad oksidējas FADH2, raža ir mazāka, jo starpmembrānas telpā tiek transportēti tikai 6 protoni. Tas ir tāpēc, ka FADH2 tiek ievadīts elpošanas ķēdē otrajā fermentu kompleksā un tādējādi apiet pirmo kompleksu. Lai sintezētu ATP, caur piekto kompleksu jāplūst 4 protoniem.
Līdz ar to uz vienu NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) un uz FADH2 tiek ražots 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Kad cukura molekula tiek sadalīta, veicot glikolīzi, citronskābes ciklu un elpošanas ķēdi, var radīt ne vairāk kā 32 ATP, kas ir pieejami organismam.
Kādu lomu spēlē mitohondriji?
Mitohondriji ir šūnu organelli, kas sastopami dzīvnieku un augu organismos. Mitohondrijos notiek dažādi enerģijas procesi, ieskaitot elpošanas ķēdi. Tā kā elpošanas ķēde ir izšķirošais 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 vietas ir būtiskas elpošanas ķēdes plūsmai. Tikai šādā veidā var izveidot protonu gradientu, kas ir svarīgi ATP sintēzei.
Lasiet vairāk par šo tēmu šajā rakstā: Mitohondriju struktūra
Ko cianīds dara elpošanas ķēdē?
Cianīdi ir bīstami toksīni, ieskaitot cianūdeņraža savienojumus. Viņi spēj apstāties elpošanas ķēdē.
Konkrēti, cianīds saistās ar elpošanas ķēdes ceturtā kompleksa dzelzi. Tā rezultātā elektronus vairs nevar pārnest uz molekulāro skābekli. Tā rezultātā visa elpošanas ķēde vairs nevar darboties.
Rezultātā trūkst enerģijas nesēja ATP (adenozīna trifosfāta) un rodas tā sauktā "iekšējā nosmakšana". Tādi simptomi kā vemšana, bezsamaņa un krampji pēc saindēšanās ar cianīdu rodas ļoti ātri un, ja to neārstē, tas izraisa ātru nāvi.
Kas ir elpošanas ķēdes defekts?
Elpošanas ķēdes defekts ir reta vielmaiņas slimība, kas bieži izpaužas bērnībā. Cēloņi 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) formā.
Tipiski simptomi ir, piemēram, muskuļu sāpes vai muskuļu vājums.
Šīs slimības terapija ir sarežģīta, jo tā ir iedzimta slimība. Būtu jānodrošina pietiekams enerģijas daudzums (piemēram, ar glikozes palīdzību). Pretējā gadījumā ir piemērota tīri simptomātiska ārstēšana.
