Kaj je dihalna veriga?

opredelitev

Dihalna veriga je proces za pridobivanje energije v naših telesnih celicah. Vključuje se v ciklus citronske kisline in je zadnji korak pri razgradnji sladkorja, maščob in beljakovin. Dihalna veriga se nahaja v notranji membrani mitohondrijev. V dihalni verigi se vmes tvorijo redukcijski ekvivalenti (NADH + H + in FADH2) ponovno oksidirajo (oddajajo se elektroni), pri čemer se lahko gradi protonski gradient. Ta se na koncu uporablja za tvorbo univerzalnega nosilca energije ATP (adenozin trifosfat). Za popolno delovanje dihalne verige je potreben tudi kisik.

Zaporedje dihalne verige

Dihalna veriga je integrirana v notranjo mitohondrijsko membrano in je sestavljena iz skupaj petih encimskih kompleksov. Izhaja iz cikla citronske kisline, v katerem nastajajo redukcijski ekvivalenti NADH + H + in FADH2. Ti redukcijski ekvivalenti začasno shranijo energijo in se ponovno oksidirajo v dihalni verigi. Ta postopek 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 prečrpajo 4 protoni.

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

Kompleks 3: Sproščeni elektroni se prenesejo v tretji encimski kompleks (ubikinon citokrom c oksidoreduktaza), kjer se iz prostora matrike v medmembranski prostor prečrpata še 2 protona.

Kompleks 4: Na koncu elektroni pridejo do četrtega kompleksa (citokrom c oksidaza). Tu se elektroni prenesejo v kisik (O2), tako da voda (H2O) nastane z dvema dodatnima protonoma. Pri tem 2 protona spet prideta v medmembranski prostor.

Kompleks 5: Skupaj je bilo osem protonov črpanih iz prostora matrike v medmembranski prostor. Osnovna zahteva za verigo prenosa elektronov je naraščajoča elektronegativnost encimskega kompleksa. To pomeni, da je sposobnost encimskih kompleksov, da privabljajo negativne elektrone, vse močnejša.
Poleg prvega končnega produkta, vode, se je skozi dihalno verigo v medmembranskem prostoru zgradil še protonski gradient. Ta shranjuje energijo, ki se uporablja za izgradnjo ATP (adenozin trifosfat). To je naloga petega in zadnjega encimskega kompleksa (ATP sintaza). Peti kompleks razteza mitohondrijsko membrano kot tunel. Skozi to protoni, ki jih poganja razlika v koncentraciji, tečejo nazaj v matrični prostor. To ustvarja 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 protoni tečejo nazaj iz medmembranskega prostora v matrični prostor. To omogoča le predhodno ugotovljena razlika v koncentraciji med obema reakcijskima prostoroma. Energija, shranjena v protonskem gradientu, se uporablja za sintezo ATP (adenozin trifosfata) iz fosfata in ADP.
ATP je univerzalni nosilec energije našega telesa in je bistvenega pomena za različne reakcije. Ker nastaja v protonski črpalki, je znana tudi kot ATP sintaza.

Ravnotežje dihalne verige

Odločilni končni produkt dihalne verige je ATP (adenin trifosfat), ki je univerzalni nosilec energije v telesu. ATP se sintetizira s pomočjo protonskega gradienta, ki nastane med dihalno verigo. NADH + H + in FADH2 sta različno učinkovita. NADH + H + se 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 nižji, ker se v medmembranski prostor prenese le 6 protonov. To je zato, ker se FADH2 vnese v dihalno verigo pri drugem encimskem kompleksu in tako obide prvi kompleks. Da bi sintetizirali ATP, morajo skozi peti kompleks teči 4 protoni.
Posledično se na NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) in na FADH2 proizvede 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Ko se molekula sladkorja razgradi z glikolizo, ciklusom citronske kisline in dihalno verigo, lahko nastane največ 32 ATP, ki je na voljo organizmu.

Kakšno vlogo imajo mitohondriji?

Mitohondriji so celični organeli, ki jih najdemo v živalskih in rastlinskih organizmih. V mitohondrijih potekajo različni energetski procesi, vključno z dihalno verigo. Ker je dihalna veriga odločilen postopek za proizvodnjo energije, mitohondrije imenujemo tudi "elektrarne v celici". Imajo dvojno membrano, tako da sta skupaj ustvarjena dva ločena reakcijska prostora. V notranjosti je matrični prostor in medmembranski prostor med obema membranama. Ta dva prostora sta bistvena za pretok dihalne verige. Le tako se lahko gradi protonski gradient, kar je pomembno za sintezo ATP.

Preberite več o temi v tem članku: Struktura mitohondrijev

Kaj naredi cianid v dihalni verigi?

Cianidi so nevarni toksini, vključno s spojinami vodikovega cianida. Dihalno verigo lahko ustavijo.
Natančneje, cianid se veže na železo četrtega kompleksa dihalne verige. Posledično elektronov ni več mogoče prenesti v molekularni kisik. Posledično celotna dihalna veriga ne more več teči.
Rezultat je pomanjkanje nosilca energije ATP (adenozin trifosfat) in pride 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. Vzroki so spremembe v genskih informacijah (DNA). Mitohondriji imajo omejeno delovanje in dihalna veriga ne deluje pravilno. To je še posebej opazno pri organih, ki porabijo veliko energije v obliki ATP (adenozin trifosfat).
Tipični simptomi so na primer bolečine v mišicah ali mišična oslabelost.
Terapija te bolezni je težka, ker gre za dedno bolezen. Zagotoviti je treba zadostno oskrbo z energijo (npr. Z glukozo). V nasprotnem primeru je primerno zgolj simptomatsko zdravljenje.