Kokia yra kvėpavimo grandinė?
apibrėžimas
Kvėpavimo takų grandinė yra energijos generavimo procesas mūsų kūno ląstelėse. Jis prisijungia prie citrinos rūgšties ciklo ir yra paskutinis cukraus, riebalų ir baltymų skaidymo žingsnis. Kvėpavimo takų grandinė yra vidinėje mitochondrijų membranoje. Kvėpavimo grandinėje per tą laiką susiformavę redukcijos ekvivalentai (NADH + H + ir FADH2) vėl oksiduojami (elektronai išskiriami), per kuriuos gali būti kaupiamas protono gradientas. Tai galiausiai naudojama visuotiniam energijos nešikliui ATP (adenozino trifosfatui) sudaryti. Taip pat reikalingas deguonis, kad kvėpavimo takų grandinė galėtų visiškai veikti.
Kvėpavimo grandinės seka
Kvėpavimo takų grandinė yra integruota į vidinę mitochondrijų membraną ir susideda iš viso penkių fermentų kompleksų. Tai išplaukia iš citrinų rūgšties ciklo, kuriame susidaro redukcijos ekvivalentai NADH + H + ir FADH2. Šie redukcijos ekvivalentai laikinai kaupia energiją ir vėl oksiduojasi kvėpavimo grandinėje. Šis procesas vyksta pirmuosiuose dviejuose kvėpavimo grandinės fermentų kompleksuose.
1 kompleksas: NADH + H + pasiekia pirmąjį kompleksą (NADH ubikinono oksidoreduktazę) ir išskiria du elektronus. Tuo pačiu metu 4 protonai pumpuojami iš matricos erdvės į tarpląstelinę erdvę.
2 kompleksas: FADH2 išskiria savo du elektronus per antrąjį fermento kompleksą (sukcinato-ubikinono-oksidoreduktazę), tačiau protonai nepatenka į tarpląstelinę erdvę.
3 kompleksas: Išlaisvinti elektronai perduodami trečiajam fermentų kompleksui (ubichinono citochromo c oksidoreduktazei), 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), taigi, turint du papildomus protonus, susidaro vanduo (H2O). Proceso metu 2 protonai vėl patenka į tarpląstelinę erdvę.
5 kompleksas. Iš matricos erdvės į tarpmembraninę erdvę dabar buvo pumpuojami aštuoni protonai. Pagrindinis elektronų pernešimo grandinės reikalavimas yra didėjantis fermento komplekso elektronegatyvumas. Tai reiškia, kad fermento kompleksų gebėjimas pritraukti neigiamus elektronus stiprėja.
Be pirmojo galutinio produkto, vandens, tarp kvėpavimo takų grandinės tarpduryje buvo pastatytas protonų gradientas. Tai kaupia energiją, kuri naudojama ATP (adenozino trifosfato) susidarymui. Tai yra penktojo ir paskutiniojo fermentų komplekso (ATP sintazės) darbas. Penktasis kompleksas apima mitochondrijų membraną kaip tunelis. Dėl to, veikiami koncentracijos skirtumo, protonai vėl patenka į matricos erdvę. Tai sukuria ATP iš ADP (adenozino difosfato) ir neorganinio fosfato, kurie yra prieinami visam organizmui.
Ką veikia protonų pompa?
Protonų pompa yra penktasis ir paskutinis fermentų kompleksas kvėpavimo grandinėje. Per tai protonai iš tarpmembrinės erdvės grįžta atgal į matricos erdvę. Tai įmanoma tik dėl anksčiau nustatyto koncentracijos skirtumo tarp dviejų reakcijos erdvių. Protonų gradiente kaupiama energija naudojama ATP (adenozino trifosfato) sintezei iš fosfato ir ADP.
ATP yra universalus mūsų kūno energijos nešiklis ir yra būtinas įvairioms reakcijoms. Kadangi jis yra generuojamas protonų pompoje, jis taip pat žinomas kaip ATP sintazė.
Kvėpavimo grandinės pusiausvyra
Lemiamas kvėpavimo grandinės galutinis produktas yra ATP (adenino trifosfatas), kuris yra universalus energijos nešiklis kūne. ATP sintetinamas naudojant protonų gradientą, kuris atsiranda kvėpavimo grandinės metu. NADH + H + ir FADH2 yra skirtingai veiksmingi. Pirmojo fermento komplekse NADH + H + oksiduojasi atgal į NAD + ir kvėpuojamojoje grandinėje pumpuoja iš viso 10 protonų į tarpląstelinę erdvę. Kai FADH2 oksiduojasi, išeiga yra mažesnė, nes tik 6 protonai yra gabenami į tarpląstelinę erdvę. Taip yra todėl, kad FADH2 patenka į kvėpavimo grandinę antrame fermentų komplekse ir tokiu būdu apeina pirmąjį kompleksą. Norėdami sintetinti ATP, 4 protonai turi tekėti per penktąjį kompleksą.
Taigi, gaunama per NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) ir per FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Suskaidžius cukraus molekulę per glikolizę, citrinos rūgšties ciklą ir kvėpavimo grandinę, gali susidaryti daugiausia 32 ATP, kurie yra prieinami organizmui.
Kokį vaidmenį vaidina mitochondrijos?
Mitochondrijos yra ląstelių organelės, randamos 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, kad iš viso būtų sukurtos dvi atskiros reakcijos vietos. Viduje yra matricos erdvė ir tarpmembrinė erdvė tarp dviejų membranų. Šios dvi erdvės yra pagrindinės kvėpavimo grandinės tėkmei. Tik tokiu būdu gali būti sukurtas protono gradientas, 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 takų grandinę.
Tiksliau, cianidas jungiasi su ketvirtojo kvėpavimo grandinės komplekso geležimi. Dėl to elektronai nebegali būti perkeliami į molekulinį deguonį. Dėl to visa kvėpavimo grandinė nebegali bėgti.
Dėl to trūksta energijos šaltinio ATP (adenozino trifosfato) ir atsiranda vadinamasis „vidinis uždusimas“. Po apsinuodijimo cianidu labai greitai atsiranda tokie simptomai kaip vėmimas, sąmonės praradimas ir mėšlungis. Jei negydoma, jie greitai miršta.
Kas yra kvėpavimo grandinės defektas?
Kvėpavimo takų grandinės defektas yra reta metabolinė liga, dažnai pasireiškianti dar vaikystėje. Priežastis yra genetinės informacijos (DNR) pokyčiai. Mitochondrijų funkcija yra ribota, o kvėpavimo grandinė tinkamai nefunkcionuoja. Tai ypač pastebima organuose, kurie sunaudoja daug energijos ATP (adenozino trifosfato) pavidalu.
Tipiškas simptomas yra, pavyzdžiui, raumenų skausmas ar raumenų silpnumas.
Šios ligos terapija yra sunki, nes tai yra paveldima liga. Reikėtų užtikrinti, kad būtų pakankamai energijos (pvz., Per gliukozę). Kitu atveju tinka simptominis gydymas.
