Kvėpavimo takų grandinė

Kaip Kvėpavimo takų grandinė vadinama elektronų perkėlimo pakopų (redoksinių reakcijų) apykaita beveik visų gyvų daiktų ląstelėse. Kvėpavimo grandinės, vykstančios mitochondrijose, pabaigoje susidaro ląstelių elektrinės, ATP (adenozino trifosfatas) ir vanduo (H2O). ATP yra išsaugota energija, kurią galima pernešti nedideliais atstumais ir kuri gaunama iš kvėpavimo sistemos ir yra naudojama endoterminiams, t. Y. Energijos reikalaujantiems, metaboliniams procesams.

Kokia yra kvėpavimo grandinė?

Kvėpavimo takų grandinėje, kaip ląstelių kvėpavimo dalyje, yra redokso reakcijų, vykstančių viena po kitos, grandinė, t. Y. Elektronus dovanojančios ir elektronus priimančios reakcijos, kurias kataliziškai kontroliuoja fermentai. Bendras stipriai egzoterminis procesas, kuris atitinka vandenilio degimą vandenyje (deguonies vandenilio reakcija), priešingu atveju, termiškai sunaikins ląsteles ar net privers jas sprogti.

Kvėpavimo takų grandinė vyksta vidinėje mitochondrijų membranoje keturiuose vienas po kito einančiuose redokso kompleksuose: Elektronai, perkelti į kitą lygį, išskiria dalį savo energijos. Tuo pačiu metu susidaro protonų gradientas, nes protonai (H +) išsiskiria į erdvę tarp vidinės ir išorinės mitochondrijų membranos (tarpslankstelinė erdvė). Protonai bando migruoti iš didelės koncentracijos vietos į mažos koncentracijos sritį - šiuo atveju vidinę membraną.

Tai veikia tik kartu su fermento ATP sintaze, tunelio baltymu. Praeinant pro tunelio baltymus, protonai išskiria energiją, kuri ADP (adenozino difosfato) ir neorganinio fosfato oksidacinio fosforilinimo metu virsta ATP. ATP tarnauja kaip visagalis energijos nešiklis beveik visiems energiją vartojančiams medžiagų apykaitos procesams organizme. Kai energija naudojama medžiagų apykaitos procesuose, ji vėl suskaidoma į ADP, egzoterminiu būdu padalijant fosfato grupę.

Funkcija ir užduotis

Kvėpavimo takų grandinė turi užduotį ir funkciją, susijusią su citrinos rūgšties ciklu, kuris taip pat vyksta mitochondrijose, aprūpinti organizmą pakankama energija. Galiausiai medžiagų grupių maisto komponentų skilimo procesai angliavandeniai, riebalai ir baltymai patenka į kvėpavimo grandinę paskutinėje skilimo procesų dalyje, kai maisto komponentuose esanti energija organizmui suteikiama energetiškai tinkamo ATP pavidalu.

Pagrindinis žmogaus metabolizmo pranašumas yra tas, kad maisto komponentuose esanti cheminė energija ne tik nekontroliuojamai paverčiama šilumos energija, bet yra kaupiama ATP pavidalu. ATP leidžia kūnui sunaudoti sukauptą energiją skirtingu metu ir skirtingose ​​vietose, jei reikia. Beveik visi energiją vartojantys medžiagų apykaitos procesai priklauso nuo ATP kaip energijos tiekėjo.

Kvėpavimo takų grandinę sudaro keturi vadinamieji kompleksai (I, II, III, IV) ir, kaip paskutinis žingsnis, ADP fosforilinimas į ATP, kurį kai kurie autoriai taip pat vadina V kompleksu. Dviejose I ir II elektronų perdavimo grandinėse svarbų vaidmenį vaidina fermentų kompleksai, susiję su ubikinonu, NAD / NADH (nikotinamido adenino dinukleotidas) ir FAD (flavino adenino dinukleotidas). Procesai III ir IV kompleksuose taip pat vyksta dalyvaujant ubikinoliui arba oksiduotam ubikinonui ir citochromo c oksidazei, kuri oksiduojasi į citochromą c. Tuo pačiu metu deguonis redukuojamas į vandenį (H2O) pridedant 2 H + jonų.

Kvėpavimo takų grandinę galima vertinti kaip savotišką atvirą ciklą, kuriame dalyvaujantys fermentiniai katalizatoriai atsinaujina ir vėl įsiterpia į medžiagų ciklą. Tai yra ypač efektyvus energijos vartojimas organizmo medžiagų apykaitai ir ypač efektyvus išteklių naudojimo atžvilgiu, nes puikiai perdirbami dalyvaujantys biokatalizatoriai (fermentai).

Ligos ir negalavimai

Kvėpavimo takų grandinėje yra elektronų perdavimo kaskada, kurioje daugybė medžiagų ir, svarbiausia, sudėtingi fermentiniai procesai dalyvauja tam tikrame biokatalitiniame procese. Jei sutrinka vienas iš šių procesų, pati kvėpavimo grandinė gali būti sutrikdyta arba, kraštutiniais atvejais, visiškai sustoti.

Iš esmės chromosomų rinkinyje gali atsirasti nemažai genetinių defektų arba, kaip ir genetiniai defektai, išskirtinai atskiroje mitochondrijų DNR. Jei yra mitochondrijų genetinis defektas, jis gali kilti tik iš motinos, nes vyro atskira mitochondrijų DNR yra tik spermos uodegoje, kuri išsiskiria ir išsiskiria prieš spermai įsiskverbiant į kiaušinį.

Įgyti sutrikimai galimi ir be genetiškai nustatytų kvėpavimo grandinės sutrikimų. B. sukeltas natūralių ar dirbtinių kvėpavimo grandinės inhibitorių. Yra žinoma daugybė medžiagų, slopinančių kvėpavimo takų grandinę apibrėžtame taške, todėl kvėpavimo takų grandinė visiškai nutrūksta arba veikia tik netinkamai. Kitos medžiagos veikia kaip vadinamieji atsietikliai (protonoforai), dėl kurių oksidacijos etapai vyksta žymiai greičiau ir dėl to padidėja deguonies poreikis. Čia taip pat yra natūralių ir dirbtinių dekuplerių.

Kaip inhibitoriai z. B. kai kurie naudojami antibiotikai ir fungicidai, pvz. T. ataka prieš I, II ar III kompleksus. Antibiotikas oligomicinas daro tiesioginį slopinamąjį poveikį ATP sintazės procesui, todėl sumažėja ATP sintezė sumažėjus deguonies suvartojimui. Rudasis riebalinis audinys taip pat veikia kaip natūralus atskyrėjas, kuris sugeba energiją tiesiogiai paversti šiluma, nepraeidamas pro ATP. Funkciniai kvėpavimo grandinės sutrikimai paprastai pastebimi dėl sumažėjusio darbingumo ir dažno ar nuolatinio nuovargio ir išsekimo.