Дыхательная цепь

Так как Дыхательная цепь называется каскадом ступеней переноса электронов (окислительно-восстановительных реакций) в метаболизме клеток практически всего живого. В конце дыхательной цепи, которая проходит в митохондриях, электростанции клеток вырабатываются АТФ (аденозинтрифосфат) и вода (H2O). АТФ содержит сохраненную энергию, которая может передаваться на короткие расстояния, которая поступает из дыхательной цепи и доступна для эндотермических, то есть требующих энергии, метаболических процессов.

Что такое дыхательная цепь?

Дыхательная цепь как часть клеточного дыхания включает в себя цепочку окислительно-восстановительных реакций, протекающих одна за другой, то есть электронодонорных и электроноакцепторных реакций, которые каталитически контролируются ферментами. Общий сильно экзотермический процесс, который соответствует сгоранию водорода до воды (кислородно-водородная реакция), в противном случае термически разрушил бы клетки или даже вызвал бы их взрыв.

Дыхательная цепь проходит во внутренней мембране митохондрий в четырех последовательных окислительно-восстановительных комплексах: каждый из электронов, переходящих на следующий уровень, отдает часть своей энергии. В то же время протонный градиент увеличивается из-за протонов (H +), высвобождаемых в пространство между внутренней и внешней мембраной (межмембранное пространство) митохондрий. Протоны пытаются мигрировать из области высокой концентрации в область низкой концентрации - в данном случае внутреннюю мембрану.

Это работает только в сочетании с ферментом АТФ-синтазой, туннельным белком. Во время прохождения через туннельный белок протоны выделяют энергию, которая превращается в АТФ в процессе окислительного фосфорилирования АДФ (аденозиндифосфата) и неорганического фосфата. АТФ служит всемогущим энергоносителем почти для всех энергоемких метаболических процессов в организме. Когда энергия используется в метаболических процессах, она снова распадается на АДФ с экзотермическим отщеплением фосфатной группы.

Функция и задача

Дыхательная цепь имеет задачу и функцию в связи с циклом лимонной кислоты, который также имеет место в митохондриях, чтобы обеспечить организм достаточным количеством полезной энергии. В конечном итоге, процессы расщепления пищевых компонентов из групп веществ - углеводов, жиров и белков - перетекают в дыхательную цепь в последней части процессов расщепления, в которых энергия, содержащаяся в пищевых компонентах, становится доступной для организма в виде энергетически используемого АТФ.

Основное преимущество для метаболизма человека заключается в том, что химическая энергия, содержащаяся в пищевых компонентах, не преобразуется исключительно и бесконтрольно в тепловую энергию, а сохраняется в форме АТФ. АТФ позволяет организму использовать накопленную энергию в разное время и в разных местах по мере необходимости. Практически все энергоемкие метаболические процессы зависят от АТФ как поставщика энергии.

Дыхательная цепь состоит из четырех так называемых комплексов (I, II, III, IV) и, на заключительном этапе, фосфорилирования АДФ в АТФ, который некоторые авторы также называют комплексом V. Ферментные комплексы в связи с убихиноном, NAD / NADH (никотинамид-аденин-динуклеотид) и FAD (флавина-аденин-динуклеотид) играют важную роль в двух цепях переноса электронов I и II. Процессы в комплексах III и IV также протекают с участием убихинола или окисленного убихинона и цитохром с оксидазы, которая окисляется до цитохрома с. В то же время кислород восстанавливается до воды (H2O) с добавлением 2-х ионов H +.

Дыхательную цепь можно рассматривать как своего рода открытый цикл, в котором задействованные ферментные катализаторы восстанавливаются и снова вмешиваются в материальный цикл. Это оказывается особенно энергоэффективным для метаболизма тела и особенно эффективным с точки зрения использования ресурсов благодаря идеальной переработке задействованных биокатализаторов (ферментов).

Болезни и недуги

Дыхательная цепь содержит каскад переноса электронов, в котором многие вещества и, прежде всего, сложные ферментативные процессы участвуют в своего рода биокаталитическом процессе. При нарушении одного из этих процессов может нарушиться сама дыхательная цепь или, в крайнем случае, полностью остановиться.

В принципе, ряд генетических дефектов также может возникать в хромосомном наборе или, как и генетические дефекты, исключительно в отдельной митохондриальной ДНК. Если есть митохондриальный генетический дефект, он может исходить только от матери, потому что отдельная митохондриальная ДНК мужчины находится только в хвосте спермы, которая отторгается и выводится из организма до того, как сперма проникнет в яйцеклетку.

Наряду с генетически детерминированными нарушениями дыхательной цепи возможны приобретенные нарушения. Б. вызванный естественными или искусственными ингибиторами дыхательной цепи. Известен ряд веществ, которые тормозят дыхательную цепь в определенном месте, так что дыхательная цепь полностью прерывается или функционирует неадекватно. Другие вещества действуют как так называемые разделители (протонофоры), благодаря которым этапы окисления проходят значительно быстрее и приводят к увеличению потребности в кислороде. Здесь тоже есть естественные и искусственные развязки.

В качестве ингибиторов з. B. некоторые используемые антибиотики и фунгициды, например Т. атакует комплексы I, II или III. Антибиотик олигомицин оказывает прямое ингибирующее действие на процесс синтазы АТФ, так что происходит снижение синтеза АТФ с уменьшенным потреблением кислорода. Коричневая жировая ткань также действует как естественный разделитель, способный преобразовывать энергию напрямую в тепло, минуя АТФ. Функциональные нарушения дыхательной цепи обычно заметны из-за снижения работоспособности, а также из-за частой или постоянной усталости и утомления.