Hva er respirasjonskjeden?

definisjon

Åndedrettskjeden er en prosess for å generere energi i kroppens celler. Det blir med sitronsyresyklusen og er det siste trinnet i nedbrytningen av sukker, fett og proteiner. Åndedrettskjeden er lokalisert i den indre membranen i mitokondriene. I åndedrettskjeden oksideres reduksjonsekvivalenter (NADH + H + og FADH2) som har dannet seg i mellomtiden (elektroner gis av), hvorved en protongradient kan bygges opp. Dette brukes til slutt for å danne den universelle energibæreren ATP (adenosintrifosfat). Oksygen er også nødvendig, slik at luftkjeden kan gå fullstendig.

Sekvens av luftkjeden

Åndedrettskjeden er integrert i den indre mitokondrielle membranen og består av totalt fem enzymkomplekser. Det følger av sitronsyresyklusen, der reduksjonsekvivalenter NADH + H + og FADH2 dannes. Disse reduksjonsekvivalenter lagrer midlertidig energi og blir oksidert igjen i luftveiene. Denne prosessen foregår i de to første enzymkompleksene i respirasjonskjeden.

Kompleks 1: NADH + H + når det første komplekset (NADH ubiquinon oxidoreductase) og frigjør to elektroner. Samtidig pumpes 4 protoner fra matriksrommet inn i intermembranrommet.

Kompleks 2: FADH2 frigjør sine to elektroner ved det andre enzymkomplekset (succinat-ubikinon-oksidoreduktase), men ingen protoner kommer inn i intermembranområdet.

Kompleks 3: Elektronene som frigjøres blir sendt videre til det tredje enzymkomplekset (ubikinon cytokrom c oksidoreduktase), hvor ytterligere 2 protoner pumpes fra matriksrommet inn i intermembranområdet.

Kompleks 4: Til slutt kommer elektronene til det fjerde komplekset (cytokrom c oksidase). Her overføres elektronene til oksygen (O2), slik at det med to ekstra protoner lages vann (H2O). I prosessen kommer 2 protoner igjen inn i intermembranområdet.

Kompleks 5: Totalt åtte protoner ble nå pumpet fra matriksrommet inn i intermembranrommet. Det grunnleggende kravet for elektrontransportkjeden er den økende elektronegativiteten til enzymkomplekset. Dette betyr at enzymkompleksenes evne til å tiltrekke seg negative elektroner blir sterkere.
I tillegg til det første sluttproduktet, vann, ble det bygd opp en protongradient i mellommembranrommet gjennom luftveiene. Dette lagrer energi som brukes til å bygge opp ATP (adenosintrifosfat). Dette er jobben til det femte og siste enzymkomplekset (ATP synthase). Det femte komplekset spenner over den mitokondriske membranen som en tunnel. Gjennom dette, drevet av forskjellen i konsentrasjon, strømmer protonene tilbake i matriksrommet. Dette skaper ATP fra ADP (adenosindifosfat) og uorganisk fosfat, som er tilgjengelig for hele organismen.

Hva gjør protonpumpen?

Protonpumpen er det femte og siste enzymkomplekset i luftveiene. Gjennom dette flyter protonene tilbake fra intermembranrommet inn i matriksrommet. Dette er bare muliggjort av den tidligere etablerte forskjellen i konsentrasjon mellom de to reaksjonsrommene. Energien som er lagret i protongradienten brukes til å til syvende og sist syntetisere ATP (adenosintrifosfat) fra fosfat og ADP.
ATP er kroppens universelle energibærer og er essensiell for en rekke reaksjoner. Siden den genereres ved protonpumpen, er den også kjent som ATP-syntase.

Balanse i respirasjonskjeden

Det avgjørende sluttproduktet i åndedrettskjeden er ATP (adenintrifosfat), som er en universell energibærer i kroppen. ATP syntetiseres ved hjelp av en protongradient som oppstår under luftveiskjeden. NADH + H + og FADH2 er annerledes effektive. NADH + H + oksideres tilbake til NAD + i luftveiene i det første enzymkomplekset og pumper totalt 10 protoner inn i intermembranområdet. Når FADH2 oksideres, er utbyttet lavere, fordi bare 6 protoner transporteres inn i mellommembranområdet. Dette er fordi FADH2 blir introdusert i respirasjonskjeden ved det andre enzymkomplekset og dermed omgår det første komplekset. For å syntetisere en ATP, må 4 protoner strømme gjennom det femte komplekset.
Følgelig produseres det per NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) og per FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Når et sukkermolekyl brytes ned via glykolyse, sitronsyresyklus og respirasjonskjede, kan maksimalt 32 ATP genereres, som er tilgjengelig for organismen.

Hvilken rolle spiller mitokondriene?

Mitokondrier er celleorganeller som finnes i dyre- og planteorganismer. Ulike energiprosesser foregår i mitokondriene, inkludert respirasjonskjeden. Siden respirasjonskjeden er den avgjørende prosessen for generering av energi, kalles mitokondrier også "cellens kraftverk". De har en dobbel membran, slik at totalt to separate reaksjonsrom skapes. Innvendig er matriksrommet og intermembranrommet mellom de to membranene. Disse to mellomrommene er grunnleggende for flyten av luftveiene. Bare på denne måten kan en protongradient bygges opp, noe som er viktig for ATP-syntese.

Les mer om emnet i denne artikkelen: Struktur av mitokondriene

Hva gjør cyanid i luftveiene?

Cyanider er farlige giftstoffer, inkludert forbindelser av hydrogensyanid. De er i stand til å bringe respirasjonskjeden til stillhet.
Spesifikt binder cyanidet seg til jernet i det fjerde komplekset i åndedrettskjeden. Som et resultat kan ikke elektronene overføres til molekylært oksygen. Som et resultat kan ikke hele luftkjeden løpe.
Resultatet er mangel på energikilden ATP (adenosintrifosfat) og såkalt "intern kvelning" oppstår. Symptomer som oppkast, bevisstløshet og kramper oppstår veldig raskt etter cyanidforgiftning og fører til hurtig død hvis den ikke blir behandlet.

Hva er en luftveisdefekt?

En luftveisdefekt er en sjelden metabolsk sykdom som ofte manifesterer seg i barndommen. Årsaken er endringer i den genetiske informasjonen (DNA). Mitokondriene er begrenset i sin funksjon, og luftveiene kjeden fungerer ikke ordentlig. Dette merkes spesielt i organer som bruker mye energi i form av ATP (adenosintrifosfat).
Et typisk symptom er for eksempel muskelsmerter eller muskelsvakhet.
Terapi for denne sykdommen er vanskelig fordi det er en arvelig sykdom. Det bør sikres at det er tilstrekkelig tilførsel av energi (f.eks. Gjennom glukose). Ellers er rent symptomatisk behandling passende.