Hengitysketju

Kuten Hengitysketju kutsutaan elektronien siirtovaiheiden (redox-reaktioiden) kaskadia melkein kaikkien elävien olentojen solujen aineenvaihdunnassa. Mitokondrioissa tapahtuvan hengitysketjun lopussa syntyy solujen voimalaitoksia, ATP (adenosiinitrifosfaatti) ja vesi (H2O). ATP sisältää säästetyn energian, joka voidaan kuljettaa lyhyillä matkoilla, joka tulee hengitysketjusta ja on käytettävissä endotermisissä, ts. Energiaa kuluttavissa aineenvaihduntaprosesseissa.

Mikä on hengitysketju?

Hengitysketju osana solun hengitystä sisältää redox-reaktioketjun, joka tapahtuu peräkkäin, ts. Elektroneja luovuttavat ja elektroneja vastaanottavat reaktiot, joita entsyymit katalysoivat. Kokonaisvaltainen voimakkaasti eksoterminen prosessi, joka vastaa vedyn palamista veteen (happivetyreaktio), tuhoaisi muuten solut termisesti tai jopa aiheuttaisi niiden räjähtämisen.

Hengitysketju tapahtuu mitokondrioiden sisäkalvossa neljässä peräkkäisessä redox-kompleksissa: Seuraavalle tasolle siirretyt elektronit antavat molemmat osan energiasta. Samanaikaisesti protonigradientti kertyy, koska protonit (H +) vapautuvat mitokondrioiden sisä- ja ulkokalvon (välinen tila) väliseen tilaan. Protonit yrittävät siirtyä korkean pitoisuuden alueelta pienen pitoisuuden alueelle - tässä tapauksessa sisäkalvon.

Tämä toimii vain yhdessä ATP-syntaasi-entsyymin, tunneliproteiinin kanssa. Tunneliproteiinin läpi kulkemisen aikana protonit vapauttavat energiaa, joka muuttuu ATP: ksi ADP: n (adenosiinidifosfaatti) ja epäorgaanisen fosfaatin oksidatiivisen fosforyloinnin aikana. ATP toimii kaikkivoipa energian kantajana melkein kaikissa kehon energiaa kuluttavissa aineenvaihduntaprosesseissa. Kun energiaa käytetään aineenvaihduntaprosesseissa, se hajoaa jälleen ADP: ksi eksotermisellä fosfaattiryhmän jakautumisella.

Toiminto ja tehtävä

Hengitysketjulla on tehtävä tehtävä ja tehtävä sitruunahapposyklin yhteydessä, joka tapahtuu myös mitokondrioissa, kehon toimittamiseksi riittävästi käyttökelpoista energiaa. Viime kädessä aineryhmien ruokakomponenttien hajoamisprosessit, hiilihydraatit, rasvat ja proteiinit, virtaavat hengitysketjuun hajoamisprosessien viimeisessä osassa, jossa ruokakomponenttien sisältämä energia saatetaan kehon saataville energisesti käyttökelpoisen ATP: n muodossa.

Suurin hyöty ihmisen aineenvaihdunnalle on se, että ruokakomponenttien sisältämä kemiallinen energia ei muutu yksinomaan ja hallitsemattomasti lämpöenergiaksi, vaan se varastoituu ATP: n muodossa. ATP antaa kehon käyttää varastoitunutta energiaa eri aikoina ja eri paikoissa tarpeen mukaan. Lähes kaikki energiaa kuluttavat aineenvaihduntaprosessit luottavat ATP: hen energiantoimittajana.

Hengitysketju käsittää neljä ns. Kompleksi (I, II, III, IV) ja viimeisenä vaiheena ADP: n fosforyloituminen ATP: ksi, johon jotkut kirjoittajat viittaavat myös kompleksina V. Kahdessa elektroninsiirtoketjussa I ja II entsyymikomplekseilla, jotka liittyvät ubikinoniin, NAD / NADH (nikotiinamidiadeniinidinukleotidi) ja FAD (flavin-adeniinidinukleotidi), on tärkeä rooli. Prosessit komplekseissa III ja IV tapahtuvat myös osallistumalla ubikinoliin tai hapettuneeseen ubikinoniin ja sytokromi c -oksidaasiin, joka hapettuu sytokromi c: ksi. Samaan aikaan happi pelkistetään vedeksi (H2O) lisäämällä 2 H + -ionia.

Hengitysketjua voidaan pitää eräänlaisena avoimena jaksona, jossa mukana olevat entsymaattiset katalyytit regeneroituvat itsensä ja osallistuvat uudelleen materiaalisykliin. Tämä osoittautuu olevan erityisen energiatehokas kehon aineenvaihdunnassa ja erityisen tehokas resurssien käytön kannalta, koska mukana olevat biokatalysaattorit (entsyymit) toimivat täydellisesti.

Sairaudet ja vaivat

Hengitysketju sisältää elektroninsiirtojen kaskadin, jossa monet aineet ja ennen kaikkea monimutkaiset entsymaattiset prosessit osallistuvat eräänlaiseen biokatalyyttiseen prosessiin. Jos jokin näistä prosesseista häiriintyy, itse hengitysketju voi häiriintyä tai äärimmäisissä tapauksissa pysähtyä kokonaan.

Periaatteessa joukko geneettisiä vikoja voi esiintyä myös kromosomijoukossa tai samoin kuin geneettiset viat yksinomaan erillisessä mitokondrio-DNA: ssa. Jos on mitokondriaalinen geneettinen vika, tämä voi tulla vain äidiltä, ​​koska miehen erillinen mitokondriaalinen DNA on vain siittiön häntässä, joka hylätään ja erittyy ennen kuin siittiöt tunkeutuvat munaan.

Hankitut häiriöt ovat myös mahdollisia geneettisesti määritettyjen häiriöiden lisäksi hengitysketjun aikana. B. aiheuttamat hengitysketjun luonnolliset tai keinotekoiset estäjät. Tunnetaan joukko aineita, jotka estävät hengitysketjua määrätyssä kohdassa siten, että hengitysketju keskeytyy kokonaan tai toimii vain riittämättömästi. Muut aineet toimivat niin kutsuttuina erottimina (protonoforeina), jotka tekevät hapettumisvaiheista huomattavasti nopeampia ja johtavat lisääntyneeseen hapenkulutukseen. Myös täällä on luonnollisia ja keinotekoisia irrottajia.

Estäjinä z. B. jotkut antibiootit ja fungisidit, joita käytetään esimerkiksi T. hyökkäys komplekseihin I, II tai III. Antibiootti oligomysiinillä on suora inhiboiva vaikutus ATP-syntaasin prosessiin, joten tapahtuu vähentynyt ATP-synteesi vähentyneellä hapenkulutuksella. Ruskea rasvakudos toimii myös luonnollisena erottimena, joka pystyy muuntamaan energian suoraan lämmöksi kulkematta ATP: tä. Hengitysketjun toiminnalliset häiriöt ovat yleensä havaittavissa heikentyneen suorituskyvyn ja toistuvan tai jatkuvan väsymyksen ja väsymyksen kautta.