Care este lanțul respirator?

definiție

Lanțul respirator este un proces de generare de energie în celulele corpului nostru. Se alătură ciclului acidului citric și este ultimul pas în defalcarea zahărului, grăsimilor și proteinelor. Lanțul respirator este situat în membrana internă a mitocondriilor. În lanțul respirator, echivalenții de reducere (NADH + H + și FADH2) care s-au format între timp se oxidează din nou (se elimină electronii), prin care se poate construi un gradient de protoni. Acest lucru este utilizat în final pentru a forma purtătorul universal de energie ATP (adenozina trifosfat). Oxigenul este de asemenea necesar pentru ca lanțul respirator să poată rula complet.

Secvența lanțului respirator

Lanțul respirator este integrat în membrana mitocondrială internă și constă dintr-un total de cinci complexe enzimatice. Urmează ciclul acidului citric, în care se formează echivalenții de reducere NADH + H + și FADH2. Aceste echivalente de reducere stochează temporar energie și sunt oxidate din nou în lanțul respirator. Acest proces are loc în primele două complexe enzimatice din lanțul respirator.

Complex 1: NADH + H + ajunge la primul complex (NADH ubiquinona oxidoreductază) și eliberează doi electroni. În același timp, 4 protoni sunt pompați din spațiul matricei în spațiul intermembran.

Complex 2: FADH2 își eliberează cei doi electroni la cel de-al doilea complex enzimatic (succinat-ubiquinon-oxidoreductază), dar niciun proton nu ajunge în spațiul intermembran.

Complex 3: electronii eliberați sunt transmise către al treilea complex enzimatic (ubiquinona citocrom c oxidoreductază), unde alți 2 protoni sunt pompați din spațiul matricei în spațiul intermembran.

Complexul 4: în cele din urmă, electronii ajung la al patrulea complex (citocrom c oxidază). Aici electronii sunt transferați în oxigen (O2), astfel încât, cu doi protoni suplimentari, se creează apă (H2O). În proces, 2 protoni ajung din nou în spațiul intermembran.

Complex 5: Un total de opt protoni au fost acum pompați din spațiul matricei în spațiul intermembran. Cerința de bază pentru lanțul de transport de electroni este creșterea electronegativității complexului enzimatic. Aceasta înseamnă că capacitatea complexelor enzimatice de a atrage electroni negativi este din ce în ce mai puternică.
Pe lângă primul produs final, apa, a fost construit un gradient de protoni în spațiul intermembran prin lanțul respirator. Aceasta stochează energia folosită pentru acumularea ATP (adenozina trifosfat). Aceasta este treaba celui de-al cincilea și ultimul complex enzimatic (ATP sintaza). Al cincilea complex se întinde pe membrana mitocondrială ca un tunel. Prin aceasta, condusă de diferența de concentrare, protonii se reîntorc în spațiul matricei. Aceasta creează ATP din ADP (adenozina difosfat) și fosfat anorganic, care este disponibil pentru întregul organism.

Ce face pompa de protoni?

Pompa de protoni este al cincilea și ultimul complex enzimatic din lanțul respirator. Prin aceasta protonii revin din spațiul intermembran în spațiul matricei. Acest lucru este posibil numai prin diferența de concentrație stabilită anterior între cele două spații de reacție. Energia stocată în gradientul de protoni este utilizată pentru a sintetiza în cele din urmă ATP (adenozina trifosfat) din fosfat și ADP.
ATP este purtătorul de energie universal al organismului nostru și este esențial pentru o varietate de reacții. Deoarece este generat la pompa de protoni, este cunoscut și sub denumirea de ATP sintaza.

Echilibrul lanțului respirator

Produsul final decisiv al lanțului respirator este ATP (adenină trifosfat), care este un purtător de energie universal în organism. ATP este sintetizat cu ajutorul unui gradient de protoni care apare în timpul lanțului respirator. NADH + H + și FADH2 sunt eficiente diferit. NADH + H + este oxidat înapoi la NAD + în lanțul respirator la primul complex enzimatic și pompează un total de 10 protoni în spațiul intermembranar. Când FADH2 este oxidat, randamentul este mai mic, deoarece doar 6 protoni sunt transportați în spațiul intermembran. Acest lucru se datorează faptului că FADH2 este introdus în lanțul respirator la cel de-al doilea complex enzimatic și astfel ocolește primul complex. Pentru a sintetiza un ATP, 4 protoni trebuie să treacă prin al cincilea complex.
În consecință, pe NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) și pe FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5) sunt produși.
Atunci când o moleculă de zahăr este descompusă prin glicoliză, ciclul acidului citric și lanțul respirator, se pot genera maximum 32 ATP, care sunt disponibile organismului.

Ce rol joacă mitocondriile?

Mitocondriile sunt organele celulare care se găsesc în organismele animale și vegetale. În mitocondrii au loc diverse procese energetice, inclusiv lanțul respirator. Deoarece lanțul respirator este procesul decisiv pentru generarea de energie, mitocondriile sunt, de asemenea, numite „centrale electrice ale celulei”. Au o membrană dublă, astfel încât sunt create un total de două spații de reacție separate. În interior se află spațiul matricei și spațiul intermembran dintre cele două membrane. Aceste două spații sunt fundamentale pentru fluxul lanțului respirator. Doar în acest fel se poate construi un gradient de protoni, ceea ce este important pentru sinteza ATP.

Citiți mai multe despre subiectul din acest articol: Structura mitocondriilor

Ce face cianura în lanțul respirator?

Cianurile sunt toxine periculoase, inclusiv compuși ai cianurii de hidrogen. Aceștia sunt capabili să readucă lanțul respirator.
Mai exact, cianura se leagă de fierul celui de-al patrulea complex al lanțului respirator. Drept urmare, electronii nu mai pot fi transferați în oxigen molecular. Drept urmare, întregul lanț respirator nu mai poate circula.
Rezultatul este lipsa sursei de energie ATP (adenozina trifosfat) și apare așa-numita „sufocare internă”. Simptome precum vărsături, inconștiență și crampe apar foarte repede după intoxicația cu cianură și, dacă sunt lăsate netratate, duc la moarte rapidă.

Ce este un defect al lanțului respirator?

Un defect de lanț respirator este o boală metabolică rară care se manifestă adesea în copilărie. Cauza sunt modificările informațiilor genetice (ADN). Mitocondriile sunt restricționate în funcția lor, iar lanțul respirator nu funcționează corect. Acest lucru se observă în special în organele care consumă multă energie sub formă de ATP (adenozina trifosfat).
Un simptom tipic este, de exemplu, durerea musculară sau slăbiciunea musculară.
Terapia pentru această boală este dificilă, deoarece este o boală ereditară. Trebuie să se asigure că există o sursă suficientă de energie (de exemplu, prin glucoză). În caz contrar, tratamentul pur simptomatic este adecvat.