Što je respiratorni lanac?

definicija

Respiratorni lanac je proces stvaranja energije u našim tjelesnim stanicama. Pridružuje se ciklusu limunske kiseline i posljednji je korak u razgradnji šećera, masti i bjelančevina. Respiratorni lanac smješten je u unutarnjoj membrani mitohondrija. U respiratornom lancu redukcijski ekvivalenti (NADH + H + i FADH2) koji su se u međuvremenu stvorili ponovno se oksidiraju (elektroni se ispuštaju), pri čemu se može izgraditi protonski gradijent. To se u konačnici koristi za formiranje univerzalnog energetskog nosača ATP (adenosin trifosfat). Također je potreban kisik kako bi se dišni lanac mogao potpuno pokrenuti.

Redoslijed respiratornog lanca

Respiratorni lanac integriran je u unutarnju mitohondrijsku membranu i sastoji se od ukupno pet enzimskih kompleksa. To proizlazi iz ciklusa limunske kiseline, u kojem su formirani redukcijski ekvivalenti NADH + H + i FADH2. Ti redukcijski ekvivalenti privremeno skladište energiju i ponovno se oksidiraju u respiratornom lancu. Taj se proces odvija u prva dva enzimska kompleksa u respiratornom lancu.

Kompleks 1: NADH + H + doseže prvi kompleks (NADH ubikinon oksidoreduktaza) i oslobađa dva elektrona. U isto vrijeme, 4 protona se pumpaju iz prostora matrice u međumembranski prostor.

Kompleks 2: FADH2 oslobađa svoja dva elektrona u drugom enzimskom kompleksu (sukcinat-ubikinon-oksidoreduktaza), ali nijedan proton ne ulazi u međumembranski prostor.

Kompleks 3: Oslobođeni elektroni prenose se u treći enzimski kompleks (ubikinon citokrom c oksidoreduktaza), gdje se još dva protona pumpaju iz prostora matrice u međumembranski prostor.

Kompleks 4: U konačnici, elektroni dolaze do četvrtog kompleksa (citokrom c oksidaza). Ovdje se elektroni prenose na kisik (O2), tako da se s dva dodatna protona stvara voda (H2O). U tom procesu, dva protona ponovo ulaze u međumembranski prostor.

Kompleks 5: Ukupno osam protona sada je ispumpavano iz prostora matrice u međumembranski prostor. Osnovni zahtjev za transportni lanac elektrona je sve veća elektronegativnost enzimskog kompleksa. To znači da je sposobnost enzimskih kompleksa da privlače negativne elektrone sve jača.
Pored prvog krajnjeg proizvoda, voda, ugrađen je protonski gradijent u međumembranskom prostoru kroz dišni lanac. Ovim se pohranjuje energija koja se koristi za izgradnju ATP-a (adenozin-trifosfat). To je posao petog i posljednjeg enzimskog kompleksa (ATP sintaza). Peti kompleks proteže mitohondrijsku membranu poput tunela. Kroz to, vođeni razlikom koncentracije, protoni se vraćaju natrag u prostor matrice. Ovo stvara ATP iz ADP (adenozin difosfat) i anorganskog fosfata koji je dostupan cijelom organizmu.

Što radi protonska pumpa?

Proton pumpa je peti i posljednji enzimski kompleks u respiratornom lancu. Kroz to se protoni vraćaju iz intermembranskog prostora u prostor matrice. To je omogućeno samo prethodno utvrđenom razlikom koncentracije između dva reakcijska prostora. Energija pohranjena u gradionu protona koristi se za konačnu sintezu ATP (adenozin trifosfat) iz fosfata i ADP.
ATP je univerzalni nositelj energije u našem tijelu i neophodan je za različite reakcije. Budući da se generira na protonskoj pumpi, poznata je i kao ATP sintaza.

Ravnoteža dišnog lanca

Krajnji proizvod dišnog lanca je ATP (adenin trifosfat), koji je univerzalni nosač energije u tijelu. ATP se sintetizira uz pomoć gradije protona koji nastaje tijekom respiratornog lanca. NADH + H + i FADH2 različito su učinkoviti. NADH + H + se oksidira natrag u NAD + u dišnom lancu kod prvog enzimskog kompleksa i pumpa ukupno 10 protona u međumembranski prostor. Kad se FADH2 oksidira, iskorištenje je niže, jer se samo 6 protona transportira u međumembranski prostor. To je zato što se FADH2 uvodi u dišni lanac kod drugog enzimskog kompleksa i na taj način zaobilazi prvi kompleks. Za sintezu ATP-a 4 protona moraju proći kroz peti kompleks.
Slijedom toga nastaje po NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) i po FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Kada se molekula šećera razgradi glikolizom, ciklusom limunske kiseline i dišnim lancem, može se stvoriti najviše 32 ATP-a koji je dostupan organizmu.

Kakvu ulogu igraju mitohondrije?

Mitohondrije su stanične organele koje se nalaze u životinjskim i biljnim organizmima. U mitohondrijama se odvijaju različiti energetski procesi, uključujući respiratorni lanac. Budući da je dišni lanac odlučujući proces za proizvodnju energije, mitohondrije se nazivaju i "elektranama stanice". Imaju dvostruku membranu, tako da se stvaraju ukupno dva odvojena reakcijska prostora. Unutar je prostor matrice i intermembranski prostor između dviju membrana. Ta dva prostora su temeljna za protok dišnog lanca. Samo se na taj način može izgraditi gradijent protona, što je važno za sintezu ATP-a.

Pročitajte više o temi u ovom članku: Struktura mitohondrija

Što cijanid radi u respiratornom lancu?

Cijanidi su opasni toksini, uključujući spojeve cijanovodika. Oni su u stanju zaustaviti dišni lanac.
Konkretno, cijanid se veže na željezo četvrtog kompleksa respiratornog lanca. Kao rezultat toga, elektroni se više ne mogu prenijeti na molekularni kisik. Kao rezultat toga, cijeli se dišni lanac više ne može kretati.
Rezultat je nedostatak ATP izvora energije (adenozin trifosfat) i dolazi do takozvanog "unutarnjeg gušenja". Simptomi poput povraćanja, nesvijesti i grčeva pojavljuju se vrlo brzo nakon trovanja cijanidom i, ako se ne liječe, dovode do brze smrti.

Što je oštećenje respiratornog lanca?

Poraz respiratornog lanca rijetka je metabolička bolest koja se često očituje u djetinjstvu. Uzrok su promjene u genetskoj informaciji (DNA). Mitohondriji su ograničeni u svojoj funkciji i dišni lanac ne funkcionira pravilno. To je posebno vidljivo kod organa koji troše puno energije u obliku ATP-a (adenozin-trifosfat).
Tipičan simptom je, na primjer, bol u mišićima ili slabost mišića.
Terapija ove bolesti je teška jer je to nasljedna bolest. Treba osigurati dovoljnu opskrbu energijom (npr. Glukozom). Inače je prikladno čisto simptomatsko liječenje.