Mikä on hengitysketju?

määritelmä

Hengitysketju on prosessi energian tuottamiseksi kehosoluissamme. Se liittyy sitruunahapposykliin ja on viimeinen vaihe sokerin, rasvojen ja proteiinien hajoamisessa. Hengitysketju sijaitsee mitokondrioiden sisäkalvossa. Väliaikaisesti muodostuneet pelkistysekvivalentit (NADH + H + ja FADH2) hengitysketjussa hapetetaan jälleen (elektronit vapautuvat), jolloin protonigradienti voidaan saada aikaan. Tätä käytetään viime kädessä muodostamaan universaali energian kantaja ATP (adenosiinitrifosfaatti). Tarvitaan myös happea, jotta hengitysketju voi käydä kokonaan.

Hengitysketjun sekvenssi

Hengitysketju on integroitu mitokondriaaliseen sisäkalvoon ja koostuu yhteensä viidestä entsyymikompleksista. Se seuraa sitruunahapposyklistä, jossa muodostuu pelkistysekvivalentteja NADH + H + ja FADH2. Nämä pelkistysekvivalentit tallentavat väliaikaisesti energiaa ja hapettuvat jälleen hengitysketjussa. Tämä prosessi tapahtuu hengitysketjun kahdessa ensimmäisessä entsyymikompleksissa.

Kompleksi 1: NADH + H + saavuttaa ensimmäisen kompleksin (NADH ubikinonioksidireduktaasi) ja vapauttaa kaksi elektronia. Samanaikaisesti 4 protonia pumpataan matriisitilasta välikappaleeseen.

Kompleksi 2: FADH2 vapauttaa kaksi elektroniaan toisessa entsyymikompleksissa (sukkinaatti-ubikinoni-oksidoreduktaasi), mutta mitään protoneja ei pääse membraanien väliseen tilaan.

Kompleksi 3: Vapautuneet elektronit siirtyvät kolmanteen entsyymikompleksiin (ubikinoni-sytokromi-C-oksidoreduktaasi), jossa vielä 2 protonia pumpataan matriisitilasta välikappaleen väliseen tilaan.

Kompleksi 4: Viime kädessä elektronit pääsevät neljänteen kompleksiin (sytokromi c -oksidaasi). Täällä elektronit siirtyvät happea (O2), niin että kahdella ylimääräisellä protonilla syntyy vettä (H2O). Prosessissa 2 protonia pääsee uudelleen membraanien väliseen tilaan.

Kompleksi 5: Yhteensä kahdeksan protonia pumpattiin nyt matriisitilasta välikappaleeseen. Perusvaatimus elektroninsiirtoketjulle on entsyymikompleksin kasvava elektronegatiivisuus. Tämä tarkoittaa, että entsyymikompleksien kyky houkutella negatiivisia elektroneja vahvistuu.
Ensimmäisen lopputuotteen, veden, lisäksi protonigradienttia rakennettiin membraanien väliseen tilaan hengitysketjun läpi. Tämä tallentaa energiaa, jota käytetään ATP: n (adenosiinitrifosfaatin) muodostumiseen. Tämä on viidennen ja viimeisen entsyymikompleksin (ATP-syntaasi) tehtävä. Viides kompleksi ulottuu mitokondriaalikalvoon kuin tunneli. Tämän kautta, pitoisuuseron ohjaamana, protonit virtaavat takaisin matriisitilaan. Tämä luo ATP: tä ADP: stä (adenosiinidifosfaatti) ja epäorgaanisesta fosfaatista, jota on saatavana koko organismille.

Mitä protonipumppu tekee?

Protonipumppu on viides ja viimeinen entsyymikompleksi hengitysketjussa. Tämän kautta protonit virtaavat takaisin membraanien välisestä tilasta matriisitilaan. Tämän tekee mahdolliseksi vain aikaisemmin todettu ero pitoisuuksissa kahden reaktioalueen välillä. Protonigradienttiin varastoitunutta energiaa käytetään lopullisen ATP: n (adenosiinitrifosfaatin) syntetisoimiseksi fosfaatista ja ADP: stä.
ATP on kehomme yleinen energian kantaja ja välttämätön monille reaktioille. Koska se syntyy protonipumpussa, se tunnetaan myös nimellä ATP-syntaasi.

Hengitysketjun tasapaino

Hengitysketjun ratkaiseva lopputuote on ATP (adeniinitrifosfaatti), joka on kehon yleinen energian kantaja. ATP syntetisoidaan protonigradientin avulla, joka syntyy hengitysketjun aikana. NADH + H + ja FADH2 ovat eri tavalla tehokkaita. NADH + H + hapetetaan takaisin NAD +: ksi hengitysketjussa ensimmäisessä entsyymikompleksissa ja pumppaa yhteensä 10 protonia membraanien väliseen tilaan. Kun FADH2 hapetetaan, saanto on pienempi, koska vain 6 protonia kuljetetaan membraanien väliseen tilaan. Tämä johtuu siitä, että FADH2 viedään hengitysketjuun toisessa entsyymikompleksissa ja ohittaa siten ensimmäisen kompleksin. ATP: n syntetisoimiseksi 4 protonin on virtattava viidennen kompleksin läpi.
Niinpä tuotetaan NADH + H + 2,5 ATP: tä (10/4 = 2,5) ja FADH2: ta kohti 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Kun sokerimolekyyli hajoaa glykolyysin, sitruunahapposyklin ja hengitysketjun kautta, voidaan muodostaa korkeintaan 32 ATP: tä, joka on organismin käytettävissä.

Mikä rooli mitokondrioilla on?

Mitokondriat ovat soluorganelleja, joita löytyy eläin- ja kasviorganismeista. Mitokondrioissa tapahtuu erilaisia ​​energiaprosesseja, mukaan lukien hengitysketju. Koska hengitysketju on ratkaiseva prosessi energian tuottamiseksi, mitokondrioita kutsutaan myös "solun voimalaitoksiksi". Niillä on kaksoiskalvo, niin että muodostuu yhteensä kaksi erillistä reaktioaluetta. Sisällä on matriisitila ja membraanien välinen tila kahden kalvon välillä. Nämä kaksi tilaa ovat olennaisia ​​hengitysketjun virtaukselle. Vain tällä tavalla voidaan rakentaa protonigradienttia, mikä on tärkeää ATP-synteesille.

Lue lisää aiheesta tässä artikkelissa: Mitokondrioiden rakenne

Mitä syanidi tekee hengitysketjussa?

Syanidit ovat vaarallisia toksiineja, mukaan lukien vedynsyanidin yhdisteet. He pystyvät saattamaan hengitysketjun pysähtymään.
Erityisesti syanidi sitoutuu hengitysketjun neljännen kompleksin rautaan. Seurauksena on, että elektroneja ei enää voida siirtää molekyylin happea. Seurauksena on, että koko hengitysketju ei voi enää kulkea.
Seurauksena on energialähteen ATP (adenosiinitrifosfaatti) puute ja tapahtuu ns "sisäinen tukehtuminen". Oireet, kuten oksentelu, tajuttomuus ja kouristukset, ilmenevät erittäin nopeasti syanidimyrkytyksen jälkeen, ja jos ne jätetään hoitamatta, ne johtavat nopeaan kuolemaan.

Mikä on hengitysketjun vika?

Hengitysketjun vika on harvinainen aineenvaihduntatauti, joka ilmenee usein lapsuudessa. Syynä ovat muutokset geneettisessä informaatiossa (DNA). Mitokondrioiden toiminta on rajoitettua ja hengitysketju ei toimi kunnolla. Tämä on erityisen havaittavissa elimissä, jotka kuluttavat paljon energiaa ATP: n (adenosiinitrifosfaatti) muodossa.
Tyypillinen oire on esimerkiksi lihaskipu tai lihasheikkous.
Tämän taudin hoito on vaikeaa, koska se on perinnöllinen sairaus. Olisi varmistettava, että energiaa on riittävästi (esimerkiksi glukoosin kautta). Muutoin puhtaasti oireenmukainen hoito on tarkoituksenmukaista.