Hva er luftveiene?

definisjon

Åndedrettskjeden er en prosess for å generere energi i kroppens celler. Den slutter seg til sitronsyresyklusen og er det siste trinnet i nedbrytningen av sukker, fett og proteiner. Åndedrettskjeden er lokalisert i mitokondriens indre membran. I åndedrettskjeden blir reduksjonsekvivalenter (NADH + H + og FADH2) som har blitt dannet i mellomtiden oksidert igjen (elektroner blir avgitt), hvorved en protongradient kan bygge seg opp. Dette blir til slutt brukt til å danne den universelle energibæreren ATP (adenosintrifosfat). Det kreves også oksygen slik at luftveiskjeden kan løpe helt.

Sekvens av luftveiskjeden

Åndedrettskjeden er integrert i den indre mitokondriale membranen og består av totalt fem enzymkomplekser. Det følger av sitronsyresyklusen, hvor reduksjonsekvivalenter NADH + H + og FADH2 dannes. Disse reduksjonsekvivalenter lagrer midlertidig energi og oksyderes igjen i luftveiskjeden. Denne prosessen finner sted i de to første enzymkompleksene i luftveiskjeden.

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

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

Kompleks 3: Elektronene som frigjøres overføres til det tredje enzymkomplekset (ubiquinon cytochrome c oxidoreductase), der ytterligere 2 protoner pumpes fra matriseplassen til intermembranrommet.

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

Kompleks 5: Totalt ble det nå pumpet åtte protoner fra matriseplassen inn i mellomrommet. Det grunnleggende kravet til 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 mellomrommet gjennom luftveiskjeden. Dette lagrer energi som brukes til å bygge opp ATP (adenosintrifosfat). Dette er jobben til det femte og siste enzymkomplekset (ATP-syntase). Det femte komplekset spenner over mitokondriell membran 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 luftveiskjeden. Gjennom dette flyter protonene tilbake fra intermembranrommet til matriksrommet. Dette er kun mulig av den tidligere etablerte forskjellen i konsentrasjon mellom de to reaksjonsrommene. Energien som er lagret i protongradienten brukes til å til slutt syntetisere ATP (adenosintrifosfat) fra fosfat og ADP.
ATP er kroppens universelle energibærer og er viktig for en rekke reaksjoner. Siden den genereres ved protonpumpen, er den også kjent som ATP-syntase.

Balanse i luftveiskjeden

Det avgjørende sluttproduktet i luftveiskjeden er ATP (adenintrifosfat), som er en universell energibærer i kroppen. ATP syntetiseres ved hjelp av en protongradient som oppstår under luftveiene. NADH + H + og FADH2 er forskjellige effektive. NADH + H + oksyderes tilbake til NAD + i luftveiskjeden ved det første enzymkomplekset og pumper til sammen 10 protoner inn i mellomrommet. Når FADH2 er oksidert, er utbyttet lavere fordi bare 6 protoner transporteres inn i mellomrommet. Dette er fordi FADH2 blir introdusert i luftveiskjeden 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 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 finner sted i mitokondriene, inkludert luftveiskjeden. Siden respirasjonskjeden er den avgjørende prosessen for å generere energi, kalles mitokondrier også "cellekraftverkene". De har en dobbel membran, slik at totalt to separate reaksjonsrom opprettes. Inni er matriksrommet og mellomrommet mellom de to membranene. Disse to rom er grunnleggende for strømmen av luftveiskjeden. Bare på denne måten kan det bygges opp en protongradient, noe som er viktig for ATP-syntese.

Les mer om temaet i denne artikkelen: Struktur av mitokondriene

Hva gjør cyanid i luftveiene?

Cyanider er farlige giftstoffer, inkludert forbindelser av hydrogencyanid. De er i stand til å stoppe luftveiene.
Spesielt binder cyanidet til jernet fra det fjerde komplekset i luftveiskjeden. Som et resultat kan ikke elektronene lenger overføres til molekylært oksygen. Som et resultat kan ikke hele luftveiskjeden løpe lenger.
Resultatet er mangel på energibæreren ATP (adenosintrifosfat) og såkalt "intern kvelning" oppstår. Symptomer som oppkast, bevisstløshet og kramper oppstår veldig raskt etter cyanidforgiftning og, hvis de ikke behandles, fører til rask død.

Hva er en luftveisfeil?

En luftveisdefekt er en sjelden metabolsk sykdom som ofte manifesterer seg i barndommen. Årsakene er endringer i den genetiske informasjonen (DNA). Mitokondriene er begrenset i sin funksjon, og luftveiskjeden fungerer ikke som den skal. Dette er spesielt merkbart i organer som bruker mye energi i form av ATP (adenosintrifosfat).
Typiske symptomer 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 ren symptomatisk behandling passende.