Łańcuch oddechowy

Tak jak Łańcuch oddechowy nazywana jest kaskadą etapów przenoszenia elektronów (reakcje redoks) w metabolizmie komórek prawie wszystkich żywych istot. Na końcu łańcucha oddechowego, który ma miejsce w mitochondriach, wytwarzane są elektrownie komórek, ATP (trifosforan adenozyny) i woda (H2O). ATP zawiera zakonserwowaną energię, która może być transportowana na krótkie odległości, która pochodzi z łańcucha oddechowego i jest dostępna dla endotermicznych, czyli energochłonnych procesów metabolicznych.

Co to jest łańcuch oddechowy?

Łańcuch oddechowy jako część oddychania komórkowego zawiera łańcuch reakcji redoks, które zachodzą jedna po drugiej, czyli reakcje oddawania i przyjmowania elektronów, które są kontrolowane katalitycznie przez enzymy. Ogólnie silnie egzotermiczny proces, który odpowiada spalaniu wodoru do wody (reakcja tlenowodorowa), w przeciwnym razie zniszczyłby termicznie ogniwa lub nawet spowodowałby ich eksplozję.

Łańcuch oddechowy przebiega w wewnętrznej błonie mitochondriów w czterech kolejnych kompleksach redoks: każdy z elektronów przenoszonych na następny poziom oddaje część swojej energii. W tym samym czasie, dzięki protonom (H +) uwalnianym do przestrzeni między wewnętrzną i zewnętrzną błoną (przestrzeń międzybłonową) mitochondriów narasta gradient protonów. Protony próbują migrować z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu - w tym przypadku do błony wewnętrznej.

Działa to tylko w połączeniu z enzymem syntazą ATP, białkiem tunelowym. Podczas przejścia przez białko tunelowe protony oddają energię, która jest przekształcana w ATP w trakcie oksydacyjnej fosforylacji ADP (difosforan adenozyny) i fosforanu nieorganicznego. ATP służy jako wszechmocny nośnik energii dla prawie wszystkich energochłonnych procesów metabolicznych w organizmie. Gdy energia jest wykorzystywana w procesach metabolicznych, jest ponownie rozkładana na ADP z egzotermicznym rozszczepieniem grupy fosforanowej.

Funkcja i zadanie

Łańcuch oddechowy ma zadanie i funkcję, w połączeniu z cyklem kwasu cytrynowego, który zachodzi również w mitochondriach, dostarczać organizmowi wystarczającej ilości użytecznej energii. Ostatecznie procesy rozpadu składników pokarmowych z grupy substancji węglowodany, tłuszcze i białka wpływają do łańcucha oddechowego w ostatniej części procesów rozpadu, w której energia zawarta w składnikach żywności jest udostępniana organizmowi w postaci użytecznego energetycznie ATP.

Główną korzyścią dla metabolizmu człowieka jest to, że energia chemiczna zawarta w składnikach żywności nie jest przekształcana wyłącznie i w sposób niekontrolowany w energię cieplną, ale jest magazynowana w postaci ATP. ATP umożliwia organizmowi wykorzystanie zgromadzonej energii w różnym czasie i w różnych miejscach, w zależności od potrzeb. Prawie wszystkie energochłonne procesy metaboliczne zależą od ATP jako dostawcy energii.

Łańcuch oddechowy składa się z czterech tak zwanych kompleksów (I, II, III, IV), a na ostatnim etapie fosforylacji ADP do ATP, którą niektórzy autorzy nazywają również kompleksem V. Kompleksy enzymatyczne w połączeniu z ubichinonem, NAD / NADH (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy) i FAD (dinukleotyd flawina-adenina) odgrywają ważną rolę w dwóch łańcuchach przenoszenia elektronów I i II. Procesy w kompleksach III i IV zachodzą również przy udziale ubichinolu lub utlenionego ubichinonu i oksydazy cytochromu c, który utlenia się do cytochromu c. Jednocześnie tlen jest redukowany do wody (H2O) z dodatkiem 2 jonów H +.

Łańcuch oddechowy można postrzegać jako rodzaj otwartego cyklu, w którym zaangażowane katalizatory enzymatyczne regenerują się i ponownie interweniują w cyklu materiałowym. Okazuje się, że jest to szczególnie energooszczędne dla metabolizmu organizmu i szczególnie wydajne w zakresie wykorzystania zasobów, dzięki doskonałemu recyklingowi zaangażowanych biokatalizatorów (enzymów).

Choroby i dolegliwości

Łańcuch oddechowy zawiera kaskadę transferów elektronów, w których wiele substancji, a przede wszystkim złożone procesy enzymatyczne, jest zaangażowanych w swego rodzaju proces biokatalityczny. Jeśli któryś z tych procesów zostanie zakłócony, sam łańcuch oddechowy może zostać zakłócony lub w skrajnych przypadkach całkowicie się zatrzymał.

Zasadniczo wiele defektów genetycznych może również wystąpić w zestawie chromosomów lub, podobnie jak defekty genetyczne, wyłącznie w oddzielnym mitochondrialnym DNA. Jeśli istnieje mitochondrialny defekt genetyczny, może on pochodzić tylko od matki, ponieważ oddzielne mitochondrialne DNA mężczyzny znajduje się tylko w ogonie plemnika, który jest odrzucany i wydalany, zanim plemnik wniknie do komórki jajowej.

Oprócz genetycznie uwarunkowanych zaburzeń przebiegu łańcucha oddechowego możliwe są również nabyte zaburzenia. B. spowodowane przez naturalne lub sztuczne inhibitory łańcucha oddechowego. Znanych jest wiele substancji, które hamują łańcuch oddechowy w określonym miejscu, tak że łańcuch oddechowy jest całkowicie przerwany lub działa tylko nieprawidłowo. Inne substancje działają jako tak zwane odsprzęgacze (protonofory), które powodują, że etapy utleniania przebiegają znacznie szybciej i prowadzą do zwiększonego zapotrzebowania na tlen. Tutaj również istnieją naturalne i sztuczne odsprzęgacze.

Jako inhibitory z. B. niektóre stosowane antybiotyki i fungicydy np. Atak T. na kompleksy I, II lub III. Antybiotyk oligomycyna działa bezpośrednio hamująco na proces syntazy ATP, przez co następuje obniżona synteza ATP przy zmniejszonym zużyciu tlenu. Brązowa tkanka tłuszczowa działa również jako naturalny odsprzęgacz, który jest w stanie przekształcić energię bezpośrednio w ciepło bez przechodzenia przez ATP. Zaburzenia czynnościowe w łańcuchu oddechowym są zwykle widoczne poprzez zmniejszoną wydolność oraz częste lub ciągłe zmęczenie i znużenie.