Ce este lanțul respirator?

definiție

Lanțul respirator este un proces de generare a energiei în celulele corpului nostru. Se alătură ciclului acidului citric și este ultimul pas în descompunerea zahărului, a grăsimilor și a proteinelor. Lanțul respirator este situat în membrana interioară a mitocondriilor. În lanțul respirator, echivalenții de reducere (NADH + H + și FADH2) care s-au format între timp sunt oxidați din nou (se eliberează electroni), prin care se poate acumula un gradient de protoni. Acesta este în cele din urmă utilizat pentru a forma purtătorul universal de energie ATP (adenozin trifosfat). De asemenea, este necesar oxigen, astfel încât lanțul respirator să funcționeze 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. Acești echivalenți de reducere stochează temporar energia și sunt oxidați din nou în lanțul respirator. Acest proces are loc în primele două complexe enzimatice din lanțul respirator.

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

Complexul 2: FADH2 își eliberează cei doi electroni la al doilea complex enzimatic (succinat-ubiquinonă-oxidoreductază), dar niciun proton nu intră în spațiul intermembranar.

Complexul 3: Electronii eliberați sunt transferați către cel de-al treilea complex enzimatic (ubiquinonă citocrom c oxidoreductază), unde alți 2 protoni sunt pompați din spațiul matricei în spațiul intermembranar.

Complexul 4: În cele din urmă, electronii ajung la al patrulea complex (citocrom c oxidază). Aici electronii sunt transferați în oxigen (O2), astfel încât apa (H2O) este creată cu doi protoni suplimentari. Procedând astfel, 2 protoni ajung din nou în spațiul intermembranar.

Complexul 5: Un total de opt protoni au fost acum pompați din spațiul matricei în spațiul intermembranar. Cerința de bază pentru lanțul de transport al electronilor este creșterea electronegativității complexului enzimatic. Aceasta înseamnă că capacitatea complexelor enzimatice de a atrage electroni negativi devine din ce în ce mai puternică.
În plus față de primul produs final, apa, un gradient de protoni a fost construit în spațiul intermembranar prin lanțul respirator. Aceasta stochează energia utilizată pentru a acumula ATP (adenozin trifosfat). Aceasta este sarcina celui de-al cincilea și ultimul complex enzimatic (ATP sintază). Al cincilea complex se întinde pe membrana mitocondrială ca un tunel. Prin aceasta, conduși de diferența de concentrație, protonii revin în spațiul matricei. Acest lucru creează ATP din ADP (adenozin difosfat) și fosfat anorganic, care este disponibil întregului organism.

Ce face pompa de protoni?

Pompa de protoni este al cincilea și ultimul complex enzimatic din lanțul respirator. Prin aceasta, protonii curg înapoi din spațiul intermembranar în spațiul matricei. Acest lucru este posibil doar 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 (adenozin trifosfat) din fosfat și ADP.
ATP este purtătorul de energie universal al corpului nostru și este esențial pentru o varietate de reacții. Deoarece este generat la pompa de protoni, este cunoscut și sub numele de ATP sintază.

Echilibrul lanțului respirator

Produsul final decisiv al lanțului respirator este ATP (adenin 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 diferit eficiente. 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 intermembranar. Acest lucru se datorează faptului că FADH2 este introdus în lanțul respirator la al doilea complex enzimatic și, astfel, ocolește primul complex. Pentru a sintetiza un ATP, 4 protoni trebuie să curgă prin al cincilea complex.
În consecință, se produc pe NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) și pe FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Când o moleculă de zahăr este descompusă prin glicoliză, ciclul acidului citric și lanțul respirator, se poate genera maximum 32 ATP, care este disponibil organismului.

Ce rol joacă mitocondriile?

Mitocondriile sunt organite celulare găsite în organismele animale și vegetale. Diferite procese energetice au loc în mitocondrie, inclusiv în lanțul respirator. Întrucât lanțul respirator este procesul decisiv pentru generarea de energie, mitocondriile sunt numite și „centrale electrice ale celulei”. Au o membrană dublă, astfel încât sunt create în total două spații de reacție separate. În interior se află spațiul matricial și spațiul intermembranar dintre cele două membrane. Aceste două spații sunt fundamentale pentru fluxul lanțului respirator. Numai în acest mod poate fi construit un gradient de protoni, care este important pentru sinteza ATP.

Citiți mai multe despre subiect în acest articol: Structura mitocondriilor

Ce face cianura în lanțul respirator?

Cianurile sunt toxine periculoase, inclusiv compuși de cianură de hidrogen. Ei sunt capabili să aducă lanțul respirator într-un punct mort.
Mai exact, cianura se leagă de fierul celui de-al patrulea complex al lanțului respirator. Ca urmare, electronii nu mai pot fi transferați în oxigen molecular. Ca urmare, întregul lanț respirator nu mai poate rula.
Rezultatul este lipsa purtătorului de energie ATP (adenozin trifosfat) și are loc așa-numitul „sufocament intern”. Simptome precum vărsături, inconștiență și crampe apar foarte repede după otrăvirea cu cianură și, dacă nu sunt tratate, duc la moarte rapidă.

Ce este un defect al lanțului respirator?

Un defect al lanțului respirator este o boală metabolică rară care se manifestă adesea în copilărie. Cauzele sunt modificările informațiilor genetice (ADN). Mitocondriile sunt restricționate în funcția lor și lanțul respirator nu funcționează corect. Acest lucru se observă în special în organele care consumă multă energie sub formă de ATP (adenozin trifosfat).
Simptomele tipice sunt, de exemplu, durerea musculară sau slăbiciunea musculară.
Terapia pentru această boală este dificilă, deoarece este o boală ereditară. Ar trebui să se asigure că există o cantitate suficientă de energie (de exemplu, prin glucoză). În caz contrar, tratamentul pur simptomatic este adecvat.