Kas yra kvėpavimo grandinė?

apibrėžimas

Kvėpavimo grandinė yra energijos generavimo procesas mūsų kūno ląstelėse. Jis prisijungia prie citrinos rūgšties ciklo ir yra paskutinis cukraus, riebalų ir baltymų skaidymo žingsnis. Kvėpavimo grandinė yra vidinėje mitochondrijų membranoje. Kvėpavimo grandinėje per tą laiką susidarę redukcijos ekvivalentai (NADH + H + ir FADH2) vėl oksiduojasi (skleidžiami elektronai), o tai gali kauptis protonų gradientui. Tai galiausiai naudojama formuojant universalų energijos nešiklį ATP (adenozino trifosfatą). Deguonis taip pat reikalingas, kad kvėpavimo grandinė galėtų visiškai bėgti.

Kvėpavimo grandinės seka

Kvėpavimo grandinė yra integruota į vidinę mitochondrijų membraną ir iš viso susideda iš penkių fermentų kompleksų. Tai tęsiasi iš citrinos rūgšties ciklo, kuriame susidaro redukcijos ekvivalentai NADH + H + ir FADH2. Šie redukcijos ekvivalentai laikinai kaupia energiją ir vėl oksiduojasi kvėpavimo grandinėje. Šis procesas vyksta dviejuose pirmuose kvėpavimo grandinės fermentų kompleksuose.

1 kompleksas: NADH + H + pasiekia pirmąjį kompleksą (NADH ubiquinone oxidoreductase) ir išskiria du elektronus. Tuo pačiu metu 4 protonai pumpuojami iš matricos erdvės į tarpmembraninę erdvę.

2 kompleksas: FADH2 išleidžia du savo elektronus prie antrojo fermentų komplekso (sukcinato-ubiquinono-oksidoreduktazės), tačiau į tarpmembraninę erdvę nepatenka nė vienas protonas.

3 kompleksas: Išlaisvinti elektronai perduodami į trečiąjį fermentų kompleksą (ubichinono citochromo c oksidoreduktazę), kur dar 2 protonai pumpuojami iš matricos erdvės į tarpmembraninę erdvę.

4 kompleksas: Galiausiai elektronai patenka į ketvirtąjį kompleksą (citochromo c oksidazę). Čia elektronai perkeliami į deguonį (O2), todėl vanduo (H2O) susidaro su dviem papildomais protonais. Tai darydami 2 protonai vėl patenka į tarpmembraninę erdvę.

5 kompleksas: Dabar iš matricos erdvės į tarpmembraninę erdvę buvo išpumpuoti aštuoni protonai. Pagrindinis elektronų transportavimo grandinės reikalavimas yra didėjantis fermentų komplekso elektronegatyvumas. Tai reiškia, kad fermentų kompleksų gebėjimas pritraukti neigiamus elektronus stiprėja.
Be pirmojo galutinio produkto - vandens - tarp kvėpavimo grandinės tarpmembraninėje erdvėje buvo sukurtas protonų gradientas. Tai kaupia energiją, kuri naudojama ATP (adenozino trifosfatui) kaupti. Tai yra penktojo ir paskutinio fermentų komplekso (ATP sintazės) darbas. Penktasis kompleksas kaip tunelis apima mitochondrijų membraną. Per tai, veikiami koncentracijos skirtumo, protonai grįžta atgal į matricos erdvę. Tai sukuria ATP iš ADP (adenozino difosfato) ir neorganinio fosfato, kuris yra prieinamas visam organizmui.

Ką veikia protonų siurblys?

Protonų siurblys yra penktasis ir paskutinis fermentų kompleksas kvėpavimo grandinėje. Per tai protonai iš tarpmembraninės erdvės grįžta atgal į matricos erdvę. Tai leidžia tik anksčiau nustatytas koncentracijos skirtumas tarp dviejų reakcijos erdvių. Protonų gradiente sukaupta energija naudojama galiausiai sintezuoti ATP (adenozino trifosfatą) iš fosfato ir ADP.
ATP yra universalus mūsų kūno energijos nešėjas ir būtinas įvairioms reakcijoms. Kadangi jis generuojamas protonų siurblyje, jis taip pat žinomas kaip ATP sintazė.

Kvėpavimo grandinės pusiausvyra

Lemiamas kvėpavimo grandinės galutinis produktas yra ATP (adenino trifosfatas), kuris yra universalus energijos nešėjas organizme. ATP sintetinamas protonų gradiento, kuris atsiranda kvėpavimo grandinės metu, pagalba. NADH + H + ir FADH2 yra skirtingai efektyvūs. NADH + H + oksiduojamas atgal į NAD + kvėpavimo grandinėje ties pirmuoju fermentų kompleksu ir iš viso pumpuoja 10 protonų į tarpmembraninę erdvę. Kai oksiduojamas FADH2, išeiga mažesnė, nes į tarpmembraninę erdvę pernešami tik 6 protonai. Taip yra todėl, kad FADH2 patenka į kvėpavimo grandinę ties antruoju fermentų kompleksu ir taip aplenkia pirmąjį kompleksą. Norint susintetinti ATP, per penktąjį kompleksą turi tekėti 4 protonai.
Taigi, vienam NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) ir vienam FADH2 gaminama 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Kai cukraus molekulė skaidoma glikolizės, citrinos rūgšties ciklo ir kvėpavimo grandinės metu, gali susidaryti ne daugiau kaip 32 ATP, kurie yra prieinami organizmui.

Kokį vaidmenį vaidina mitochondrijos?

Mitochondrijos yra ląstelių organeliai, randami gyvūnų ir augalų organizmuose. Mitochondrijose, įskaitant kvėpavimo grandinę, vyksta įvairūs energijos procesai. Kadangi kvėpavimo grandinė yra lemiamas energijos generavimo procesas, mitochondrijos taip pat vadinamos „ląstelės elektrinėmis“. Jie turi dvigubą membraną, taigi iš viso susidaro dvi atskiros reakcijos erdvės. Viduje yra matricos erdvė ir tarpmembraninė erdvė tarp dviejų membranų. Šios dvi erdvės yra pagrindinės kvėpavimo grandinės srautui. Tik tokiu būdu galima sukurti protonų gradientą, kuris yra svarbus ATP sintezei.

Skaitykite daugiau apie temą šiame straipsnyje: Mitochondrijų struktūra

Ką cianidas veikia kvėpavimo grandinėje?

Cianidai yra pavojingi toksinai, įskaitant vandenilio cianido junginius. Jie sugeba sustabdyti kvėpavimo grandinę.
Tiksliau sakant, cianidas jungiasi su ketvirtojo kvėpavimo grandinės komplekso geležimi. Todėl elektronai nebegali būti perduodami į molekulinį deguonį. Todėl visa kvėpavimo grandinė nebegali bėgti.
Dėl to trūksta energijos nešiklio ATP (adenozino trifosfato) ir atsiranda vadinamasis „vidinis uždusimas“. Tokie simptomai kaip vėmimas, sąmonės netekimas ir mėšlungis pasireiškia labai greitai apsinuodijus cianidu ir, negydomi, sukelia greitą mirtį.

Kas yra kvėpavimo grandinės defektas?

Kvėpavimo grandinės defektas yra reta medžiagų apykaitos liga, dažnai pasireiškianti vaikystėje. Priežastys yra genetinės informacijos (DNR) pokyčiai. Mitochondrijų funkcija yra ribota, o kvėpavimo grandinė veikia netinkamai. Tai ypač pastebima organuose, kurie sunaudoja daug energijos ATP (adenozino trifosfato) pavidalu.
Tipiški simptomai yra, pavyzdžiui, raumenų skausmas arba raumenų silpnumas.
Šios ligos gydymas yra sunkus, nes tai yra paveldima liga. Reikėtų užtikrinti, kad būtų pakankamai energijos (pvz., Gliukozės). Kitu atveju tinka tik simptominis gydymas.