Kaj je dihalna veriga?

opredelitev

Dihalna veriga je postopek za pridobivanje energije v telesnih celicah. Pridružuje se ciklu citronske kisline in je zadnji korak pri razgradnji sladkorja, maščob in beljakovin. Dihalna veriga se nahaja v notranji membrani mitohondrijev. V dihalni verigi se redukcijski ekvivalenti (NADH + H + in FADH2), ki so se medtem oblikovali, spet oksidirajo (oddajajo se elektroni), pri čemer se lahko nabere protonski gradient. To se na koncu uporablja za tvorbo univerzalnega nosilca energije ATP (adenozin trifosfat). Potreben je tudi kisik, da lahko dihalna veriga popolnoma teče.

Zaporedje dihalne verige

Dihalna veriga je integrirana v notranjo mitohondrijsko membrano in je sestavljena iz skupno petih encimskih kompleksov. Izhaja iz cikla citronske kisline, v katerem nastaneta redukcijska ekvivalenta NADH + H + in FADH2. Ti redukcijski ekvivalenti začasno shranijo energijo in se spet oksidirajo v dihalni verigi. Ta proces poteka v prvih dveh encimskih kompleksih v dihalni verigi.

Kompleks 1: NADH + H + doseže prvi kompleks (NADH ubikinon oksidoreduktaza) in sprosti dva elektrona. Istočasno se iz matričnega prostora v medmembranski prostor črpajo 4 protone.

Kompleks 2: FADH2 sprosti svoja dva elektrona pri drugem encimskem kompleksu (sukcinat-ubikinon-oksidoreduktaza), vendar noben proton ne vstopi v medmembranski prostor.

Kompleks 3: Sproščeni elektroni se prenesejo v tretji encimski kompleks (ubikinon citokrom c oksidoreduktaza), kjer se še dva protona črpata iz matriksnega prostora v medmembranski prostor.

Kompleks 4: Na koncu elektroni pridejo do četrtega kompleksa (citokrom c oksidaza). Tu se elektroni prenesejo na kisik (O2), tako da se z dvema dodatnima protonoma ustvari voda (H2O). Pri tem dva protona spet stopijo v medemembranski prostor.

Kompleks 5: Skupaj osem protonov je bilo zdaj črpanih iz matričnega prostora v medembranski prostor. Osnovna zahteva za elektronsko transportno verigo je vse večja elektronegativnost encimskega kompleksa. To pomeni, da je sposobnost encimskih kompleksov, da privabijo negativne elektrone, vse močnejša.
Poleg prvega končnega izdelka, vode, se je v dihalni verigi skozi dihalno verigo vgradil protonski gradient. Ta shranjuje energijo, ki se porabi za kopičenje ATP (adenozin trifosfat). To je naloga petega in zadnjega encimskega kompleksa (ATP sintaza). Peti kompleks sega v mitohondrijsko membrano kot tunel. Skozi to, ki jih poganja razlika v koncentraciji, protoni pritekajo nazaj v matrični prostor. Tako nastane ATP iz ADP (adenozin-difosfat) in anorganskega fosfata, ki je na voljo celotnemu organizmu.

Kaj počne protonska črpalka?

Protonska črpalka je peti in zadnji encimski kompleks v dihalni verigi. Skozi to se protoni vračajo iz medmestnega prostora v prostor matrice. To omogoča le predhodno ugotovljena razlika v koncentraciji med obema reakcijskima prostoroma. Energija, shranjena v gradientu protona, se porabi za končno sintezo ATP (adenozin trifosfata) iz fosfata in ADP.
ATP je univerzalni nosilec energije našega telesa in je nujen za različne reakcije. Ker nastaja na protonski črpalki, je poznana tudi kot ATP sintaza.

Uravnoteženost dihalne verige

Odločilni končni produkt dihalne verige je ATP (adenin trifosfat), ki je univerzalni nosilec energije v telesu. ATP se sintetizira s pomočjo gradira protona, ki nastane med dihalno verigo. NADH + H + in FADH2 sta različno učinkovita. NADH + H + oksidira nazaj v NAD + v dihalni verigi pri prvem encimskem kompleksu in v intermembranski prostor črpa skupaj 10 protonov. Ko se FADH2 oksidira, je izkoristek manjši, saj se v medmembranski prostor transportira le 6 protonov. To je zato, ker se FADH2 vnese v dihalno verigo pri drugem encimskem kompleksu in tako zaobide prvi kompleks. Za sintezo ATP-ja morajo skozi peti kompleks teči 4 protoni.
Posledično nastanejo na NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) in na FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Ko se molekula sladkorja razgradi z glikolizo, ciklom citronske kisline in dihalno verigo, lahko nastane največ 32 ATP, ki so na voljo organizmu.

Kakšno vlogo igrajo mitohondriji?

Mitohondrije so celične organele, ki jih najdemo v živalskih in rastlinskih organizmih. V mitohondrijah, vključno z dihalno verigo, potekajo različni energijski procesi. Ker je dihalna veriga odločilni postopek za pridobivanje energije, se mitohondriji imenujejo tudi "elektrarne celice". Imajo dvojno membrano, tako da nastaneta skupaj dva ločena reakcijska prostora. V notranjosti je matrični prostor in med membranski prostor med obema membranama. Ta dva prostora sta bistvena za pretok dihalne verige. Le tako se lahko gradi protonski gradient, ki je pomemben za sintezo ATP.

Več o temi preberite v tem članku: Struktura mitohondrijev

Kaj cianid naredi v dihalni verigi?

Cianidi so nevarni toksini, vključno s spojinami vodikovega cianida. So sposobni zaustaviti dihalno verigo.
Konkretno se cianid veže na železo četrtega kompleksa dihalne verige. Posledično elektronov ni več mogoče prenesti na molekularni kisik. Posledično celotna dihalna veriga ne more več teči.
Rezultat je pomanjkanje energijskega vira ATP (adenozin trifosfat) in prihaja do tako imenovane "notranje zadušitve". Simptomi, kot so bruhanje, nezavest in krči, se po zastrupitvi s cianidom pojavijo zelo hitro in, če jih ne zdravimo, vodijo do hitre smrti.

Kaj je okvara dihalne verige?

Okvara dihalne verige je redka presnovna bolezen, ki se pogosto kaže v otroštvu. Vzrok so spremembe v genetski informaciji (DNK). Mitohondrije so omejene pri svojem delovanju in dihalna veriga ne deluje pravilno. To je še posebej opazno pri organih, ki porabijo veliko energije v obliki ATP (adenozin trifosfat).
Značilen simptom je na primer bolečina v mišicah ali mišična oslabelost.
Terapija te bolezni je težavna, ker gre za dedno bolezen. Zagotoviti je treba zadostno zalogo energije (npr. Z glukozo). V nasprotnem primeru je čisto simptomatsko zdravljenje primerno.