Čo je to dýchací reťazec?

definícia

Dýchací reťazec je proces generovania energie v bunkách nášho tela. Zapája sa do cyklu kyseliny citrónovej a je posledným krokom pri odbúravaní cukrov, tukov a bielkovín. Dýchací reťazec sa nachádza vo vnútornej membráne mitochondrií. V dýchacom reťazci sa redukčné ekvivalenty (NADH + H + a FADH2), ktoré sa medzičasom vytvorili, opäť oxidujú (vylučujú sa elektróny), čím sa môže vytvárať protónový gradient. To sa nakoniec použije na vytvorenie univerzálneho nosiča energie ATP (adenozíntrifosfát). Tiež je potrebný kyslík, aby mohol dýchací reťazec úplne bežať.

Poradie dýchacieho reťazca

Dýchací reťazec je integrovaný do vnútornej mitochondriálnej membrány a pozostáva z celkom piatich enzýmových komplexov. Nadväzuje na cyklus kyseliny citrónovej, v ktorom sa tvoria redukčné ekvivalenty NADH + H + a FADH2. Tieto redukčné ekvivalenty dočasne ukladajú energiu a znova sa oxidujú v dýchacom reťazci. Tento proces prebieha v prvých dvoch komplexoch enzýmov v dýchacom reťazci.

Komplex 1: NADH + H + dosahuje prvý komplex (NADH ubichinón oxidoreduktáza) a uvoľňuje dva elektróny. Súčasne sú 4 protóny čerpané z priestoru matice do medzimembránového priestoru.

Komplex 2: FADH2 uvoľňuje svoje dva elektróny v druhom komplexe enzýmov (sukcinát-ubichinón-oxidoreduktáza), ale do medzimembránového priestoru sa nedostávajú žiadne protóny.

Komplex 3: Uvoľnené elektróny sa prenášajú do tretieho enzýmového komplexu (ubichinón cytochróm c oxidoreduktáza), kde sa ďalšie 2 protóny čerpajú z priestoru matrice do medzimembránového priestoru.

Komplex 4: Nakoniec sa elektróny dostanú do štvrtého komplexu (cytochróm c oxidáza). Tu sa elektróny prenášajú na kyslík (O2), takže sa voda (H2O) vytvára s dvoma ďalšími protónmi. Pritom sa 2 protóny opäť dostanú do medzimembránového priestoru.

Komplex 5: Celkom osem protónov bolo teraz napumpovaných z priestoru matice do medzimembránového priestoru. Základnou požiadavkou na reťazec transportu elektrónov je zvyšujúca sa elektronegativita enzýmového komplexu. To znamená, že sa zvyšuje schopnosť enzýmových komplexov priťahovať negatívne elektróny.
Okrem prvého konečného produktu, vody, sa v medzimembránovom priestore prostredníctvom dýchacieho reťazca vytvoril protónový gradient. Toto ukladá energiu, ktorá sa používa na tvorbu ATP (adenozíntrifosfát). Toto je úlohou piateho a posledného komplexu enzýmov (ATP syntáza). Piaty komplex preklenuje mitochondriálnu membránu ako tunel. Prostredníctvom toho, poháňaného rozdielom v koncentrácii, protóny prúdia späť do maticového priestoru. Takto vzniká ATP z ADP (adenozíndifosfát) a anorganického fosfátu, ktorý je dostupný pre celý organizmus.

Čo robí protónová pumpa?

Protónová pumpa je piatym a posledným komplexom enzýmov v dýchacom reťazci. Prostredníctvom toho protóny prúdia späť z medzimembránového priestoru do matricového priestoru. Toto umožňuje iba predtým stanovený rozdiel v koncentrácii medzi dvoma reakčnými priestormi. Energia uložená v protónovom gradiente sa používa na konečnú syntézu ATP (adenozíntrifosfát) z fosfátu a ADP.
ATP je univerzálnym nosičom energie nášho tela a je nevyhnutný pre rôzne reakcie. Pretože je generovaný protónovou pumpou, je tiež známy ako ATP syntáza.

Rovnováha dýchacieho reťazca

Rozhodujúcim konečným produktom dýchacieho reťazca je ATP (adenín trifosfát), ktorý je univerzálnym nosičom energie v tele. ATP sa syntetizuje pomocou protónového gradientu, ktorý vzniká počas dýchacieho reťazca. NADH + H + a FADH2 sú rôzne efektívne. NADH + H + sa oxiduje späť na NAD + v dýchacom reťazci v prvom komplexe enzýmov a pumpuje celkovo 10 protónov do medzimembránového priestoru. Keď sa FADH2 oxiduje, výťažok je nižší, pretože do medzimembránového priestoru je transportovaných iba 6 protónov. Je to tak preto, lebo FADH2 sa zavádza do dýchacieho reťazca v druhom komplexe enzýmov, a tak obchádza prvý komplex. Aby bolo možné syntetizovať ATP, musia piaty komplex pretekať 4 protóny.
Následne sa vyprodukuje na NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) a na FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Keď sa molekula cukru rozkladá glykolýzou, cyklom kyseliny citrónovej a dýchacím reťazcom, môže sa vygenerovať maximálne 32 ATP, ktorý je pre organizmus k dispozícii.

Akú úlohu zohrávajú mitochondrie?

Mitochondrie sú bunkové organely nachádzajúce sa v živočíšnych a rastlinných organizmoch. V mitochondriách prebiehajú rôzne energetické procesy vrátane dýchacieho reťazca. Pretože dýchací reťazec je rozhodujúcim procesom na výrobu energie, mitochondrie sa tiež nazývajú „elektrárne bunky“. Majú dvojitú membránu, takže sú vytvorené celkom dva samostatné reakčné priestory. Vo vnútri je priestor matice a medzimembránový priestor medzi dvoma membránami. Tieto dva priestory sú zásadné pre tok dýchacieho reťazca. Iba týmto spôsobom je možné vytvoriť protónový gradient, ktorý je dôležitý pre syntézu ATP.

Prečítajte si viac o téme v tomto článku: Štruktúra mitochondrií

Čo robí kyanid v dýchacom reťazci?

Kyanidy sú nebezpečné toxíny vrátane zlúčenín kyanovodíka. Sú schopní zastaviť dýchací reťazec.
Kyanid sa konkrétne viaže na železo štvrtého komplexu dýchacieho reťazca. Vďaka tomu sa elektróny už nemôžu prenášať na molekulárny kyslík. Výsledkom je, že celý dýchací reťazec už nemôže bežať.
Výsledkom je nedostatok energetického nosiča ATP (adenozíntrifosfát) a dochádza k takzvanému „vnútornému duseniu“. Príznaky ako zvracanie, bezvedomie a kŕče sa vyskytujú veľmi rýchlo po otrave kyanidom a ak nie sú liečené, vedú k rýchlej smrti.

Čo je chyba dýchacieho reťazca?

Porucha dýchacieho reťazca je zriedkavé metabolické ochorenie, ktoré sa často prejavuje v detstve. Príčinou sú zmeny v genetickej informácii (DNA). Mitochondrie majú obmedzenú funkciu a dýchací reťazec nefunguje správne. Je to zvlášť viditeľné v orgánoch, ktoré konzumujú veľa energie vo forme ATP (adenozíntrifosfát).
Typickými príznakmi sú napríklad bolesť svalov alebo svalová slabosť.
Liečba tejto choroby je zložitá, pretože ide o dedičné ochorenie. Malo by sa zabezpečiť, aby bol dostatočný prísun energie (napr. Prostredníctvom glukózy). Inak je vhodná čisto symptomatická liečba.