Дихальний ланцюг

Як Дихальний ланцюг називається каскад етапів перенесення електронів (окислювально-відновних реакцій) в метаболізмі клітин майже всього живого. В кінці дихального ланцюга, який відбувається в мітохондріях, виробляються електростанції клітин, АТФ (аденозинтрифосфат) і вода (Н2О). АТФ містить збережену енергію, яку можна транспортувати на короткі відстані, яка надходить з дихальної ланцюга і доступна для ендотермічних, тобто потребуючих енергії метаболічних процесів.

Що таке дихальний ланцюг?

Дихальна ланцюг у складі клітинного дихання містить ланцюг окислювально-відновних реакцій, що протікають одна за одною, тобто реакції донору електронів та прийняття електронів, які каталітично контролюються ферментами. Загальний сильно екзотермічний процес, який відповідає спалюванню водню у воді (реакція оксигену), в іншому випадку термічно знищить клітини або навіть призведе до їх вибуху.

Дихальний ланцюг відбувається у внутрішній мембрані мітохондрій у чотирьох послідовних окислювально-відновних комплексах: Електрони, перенесені на наступний рівень, виділяють частину своєї енергії. У той же час протонний градієнт накопичується завдяки протонам (Н +), що потрапляють у простір між внутрішньою та зовнішньою мембраною (міжмембранний простір) мітохондрій. Протони намагаються мігрувати з області високої концентрації в область низької концентрації - в цьому випадку внутрішня мембрана.

Це працює лише в поєднанні з ферментом АТФ-синтазою, тунельним білком. Під час проходження через тунельний білок протони вивільняють енергію, яка перетворюється в АТФ в процесі окислювального фосфорилювання АДФ (аденозиндифосфату) та неорганічного фосфату. АТФ служить всемогутнім носієм енергії для майже всіх енергозатратних метаболічних процесів в організмі. Коли енергія використовується в обмінних процесах, вона знову розпадається на АДФ з екзотермічним розщепленням фосфатної групи.

Функція та завдання

Дихальна ланцюг має завдання і функцію, у зв’язку з циклом лимонної кислоти, який також відбувається в мітохондріях, забезпечувати організм достатньою корисною енергією. Зрештою, процеси розпаду харчових компонентів речовин групи вуглеводів, жирів і білків надходять у дихальний ланцюг в останній частині процесів розпаду, при якій енергія, що міститься в харчових компонентах, надається організму у вигляді енергопридатного АТФ.

Основна користь для людського метаболізму полягає в тому, що хімічна енергія, що міститься в компонентах їжі, не перетворюється виключно і безконтрольно в теплову енергію, а зберігається у формі АТФ. АТФ дозволяє організму використовувати накопичену енергію в різний час і в різних місцях, якщо потрібно. Практично всі метаболічні процеси, що споживають енергію, покладаються на АТФ як постачальника енергії.

Дихальна ланцюг складається з чотирьох так званих комплексів (I, II, III, IV) і, як остання стадія, фосфорилювання АДФ до АТФ, які деякі автори також називають комплексом V. Ферментні комплекси у зв’язку з убихіноном, NAD / NADH (нікотинамід-аденін-динуклеотид) та FAD (флавін-аденін-динуклеотид) відіграють важливу роль у двох ланцюгах передачі електронів I і II. Процеси в комплексах III і IV також протікають за участю убихінолу або окисленої убихінону і цитохрому с оксидази, яка окислюється до цитохрому с. У той же час кисень знижується до води (Н2О) з додаванням іонів 2 Н +.

Дихальну ланцюг можна розглядати як своєрідний відкритий цикл, в якому залучені ферментативні каталізатори регенеруються і знову втручаються в матеріальний цикл. Це виявляється особливо енергоефективним для метаболізму в організмі та особливо ефективним щодо використання ресурсів, завдяки ідеальній переробці задіяних біокаталізаторів (ферментів).

Хвороби та недуги

Дихальна ланцюг містить каскад переносу електронів, в якому багато речовин і, перш за все, складні ферментативні процеси беруть участь у своєрідному біокаталітичному процесі. Якщо один з цих процесів порушений, сам дихальний ланцюг може порушитися або, в крайньому випадку, прийти в повний стан.

В принципі, ряд генетичних дефектів може виникати також у наборі хромосом або, як і генетичні дефекти, виключно в окремій мітохондріальній ДНК. Якщо є мітохондріальний генетичний дефект, він може походити лише від матері, оскільки окрема мітохондріальна ДНК людини знаходиться лише у хвості сперми, який відкидається та виводиться до того, як сперма проникне в яйцеклітину.

Набуті розлади також можливі, крім генетично обумовлених порушень в ході дихального ланцюга. B. викликається природними або штучними інгібіторами дихального ланцюга. Відомо ряд речовин, які інгібують дихальний ланцюг у визначеній точці, так що дихальний ланцюг повністю переривається або функціонує лише недостатньо. Інші речовини діють як так звані декупатори (протонофори), які роблять етапи окислення значно швидшими і призводять до збільшення попиту на кисень. Тут теж є природні та штучні декупажі.

Як інгібітори z. B. деякі антибіотики та фунгіциди, наприклад, Т. напад на комплекси I, II або III. Антибіотик олігоміцин надає пряму гальмівну дію на процес АТФ-синтази, завдяки чому відбувається зменшений синтез АТФ із зменшенням споживання кисню. Коричнева жирова тканина також діє як природний декупаж, який здатний перетворювати енергію безпосередньо в тепло, не проходячи через АТФ. Функціональні порушення в дихальному ланцюзі зазвичай помітні через зниження працездатності та через часту або постійну втому і втому.