Što je dišni lanac?

definicija

Dišni lanac postupak je za stvaranje energije u tjelesnim stanicama. Pridružuje se ciklusu limunske kiseline i posljednji je korak u razgradnji šećera, masti i proteina. Dišni lanac nalazi se u unutarnjoj membrani mitohondrija. U respiratornom lancu redukcijski ekvivalenti (NADH + H + i FADH2) koji su se stvorili u međuvremenu ponovno se oksidiraju (elektroni se odaju), pri čemu se može graditi protonski gradijent. To se u konačnici koristi za stvaranje univerzalnog nosača energije ATP (adenozin trifosfat). Također je potreban kisik kako bi dišni lanac mogao potpuno raditi.

Slijed dišnog lanca

Dišni lanac integriran je u unutarnju mitohondrijsku membranu i sastoji se od ukupno pet enzimskih kompleksa. To slijedi iz ciklusa limunske kiseline, u kojem se stvaraju redukcijski ekvivalenti NADH + H + i FADH2. Ovi redukcijski ekvivalenti privremeno pohranjuju energiju i ponovno se oksidiraju u respiratornom lancu. Taj se proces odvija u prva dva enzimska kompleksa u dišnom lancu.

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

Kompleks 2: FADH2 oslobađa svoja dva elektrona u drugom enzimskom kompleksu (sukcinat-ubikinon-oksidoreduktaza), ali protoni ne ulaze u intermembranski prostor.

Kompleks 3: Oslobođeni elektroni prenose se u treći enzimski kompleks (ubikinon citokrom c oksidoreduktaza), gdje se još 2 protona pumpaju iz prostora matrice u intermembranski prostor.

Kompleks 4: U konačnici, elektroni dolaze do četvrtog kompleksa (citokrom c oksidaza). Ovdje se elektroni prenose na kisik (O2), tako da se voda (H2O) stvara s dva dodatna protona. Pritom 2 protona ponovno ulaze u intermembranski prostor.

Kompleks 5: Ukupno je osam protona sada ispumpano iz prostora matrice u intermembranski prostor. Osnovni zahtjev za lanac prijenosa elektrona je sve veća elektronegativnost enzimskog kompleksa. To znači da je sposobnost enzimskih kompleksa da privlače negativne elektrone sve jača.
Uz prvi krajnji proizvod, vodu, u intermembranskom prostoru kroz dišni lanac izgrađen je protonski gradijent. Ovime se pohranjuje energija koja se koristi za izgradnju ATP (adenozin trifosfata). To je posao petog i posljednjeg enzimskog kompleksa (ATP sintaza). Peti kompleks obuhvaća mitohondrijsku membranu poput tunela. Kroz to, vođeni razlikom u koncentraciji, protoni se vraćaju natrag u prostor matrice. To stvara ATP iz ADP (adenozin difosfata) i anorganskog fosfata, koji je dostupan čitavom organizmu.

Što radi protonska pumpa?

Protonska pumpa peti je i posljednji enzimski kompleks u respiratornom lancu. Kroz to protoni teku iz natrag iz intermembranskog prostora u matrični prostor. To omogućuje samo prethodno utvrđena razlika u koncentraciji između dva reakcijska prostora. Energija pohranjena u protonskom gradijentu koristi se za konačnu sintezu ATP (adenozin trifosfata) iz fosfata i ADP.
ATP je univerzalni nosač energije našeg tijela i bitan je za razne reakcije. Budući da se generira na protonskoj pumpi, poznata je i kao ATP sintaza.

Ravnoteža dišnog lanca

Odlučujući krajnji proizvod dišnog lanca je ATP (adenin trifosfat), koji je univerzalni nosač energije u tijelu. ATP se sintetizira uz pomoć protonskog gradijenta koji nastaje tijekom respiratornog lanca. NADH + H + i FADH2 različito su učinkoviti. NADH + H + se oksidira natrag do NAD + u respiratornom lancu kod prvog enzimskog kompleksa i pumpa ukupno 10 protona u intermembranski prostor. Kada se FADH2 oksidira, prinos je niži jer se samo 6 protona transportira u intermembranski prostor. To je zato što se FADH2 uvodi u dišni lanac kod drugog enzimskog kompleksa i tako zaobilazi prvi kompleks. Da bi se sintetizirao ATP, 4 protona moraju teći kroz peti kompleks.
Prema tome, po NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) i po FADH2 proizvodi se 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Kada se molekula šećera razgradi glikolizom, ciklusom limunske kiseline i respiratornim lancem, može se generirati najviše 32 ATP, koji je dostupan organizmu.

Kakvu ulogu igraju mitohondriji?

Mitohondriji su organele stanica koje se nalaze u životinjskim i biljnim organizmima. U mitohondrijima se odvijaju različiti energetski procesi, uključujući dišni lanac. Budući da je dišni lanac odlučujući proces za stvaranje energije, mitohondriji se nazivaju i "elektranama stanice". Imaju dvostruku membranu, tako da se stvaraju ukupno dva odvojena reakcijska prostora. Unutar je prostor matrice i među-membranski prostor između dvije membrane. Ova su dva prostora temeljna za protok dišnog lanca. Samo se na taj način može graditi protonski gradijent, što je važno za sintezu ATP-a.

Pročitajte više o temi u ovom članku: Građa mitohondrija

Što cijanid radi u dišnom lancu?

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

Što je oštećenje dišnog lanca?

Defekt dišnog lanca rijetka je metabolička bolest koja se često očituje u djetinjstvu. Uzroci su promjene u genetskim informacijama (DNA). Mitohondriji su ograničeni u svojoj funkciji, a dišni lanac ne funkcionira pravilno. To je posebno uočljivo kod organa koji troše puno energije u obliku ATP (adenozin trifosfat).
Tipični simptomi su, na primjer, bolovi u mišićima ili mišićna slabost.
Terapija ove bolesti je teška jer je to nasljedna bolest. Treba osigurati dovoljnu opskrbu energijom (npr. Putem glukoze). Inače je prikladno čisto simptomatsko liječenje.