Mi a légzési lánc?

meghatározás

A légzőlánc energiatermelési folyamat a test sejtjeiben. Csatlakozik a citromsav-ciklushoz, és ez a cukor, zsírok és fehérjék lebontásának utolsó lépése. A légzési lánc a mitokondriumok belső membránjában található. A légzési láncban az időközben képződött redukciós ekvivalensek (NADH + H + és FADH2) ismét oxidálódnak (elektronok adódnak ki), amelyek révén protongradiens felépülhet. Ezt végül az ATP univerzális energiahordozó (adenozin-trifoszfát) képzésére használják. Oxigénre is szükség van, hogy a légzőlánc teljes mértékben futhasson.

A légzőrendszer sorrendje

A légzőlánc integrálódik a belső mitokondriális membránba, és összesen öt enzimkomplexből áll. Ez a citromsav-ciklusból következik, amelyben a NADH + H + és a FADH2 redukciós ekvivalensek képződnek. Ezek a redukciós ekvivalensek ideiglenesen energiát tárolnak és ismét oxidálódnak a légzőláncban. Ez a folyamat a légzési lánc első két enzimkomplexében zajlik.

1. komplex: A NADH + H + eléri az első komplexet (NADH ubiquinone oxidoreductase), és két elektronot szabadít fel. Ugyanakkor 4 protont szivattyúznak a mátrix térből az intermembrán térbe.

2. komplex: A FADH2 szabadítja fel két elektronját a második enzimkomplexen (szukcinát-ubikinon-oxidoreduktáz), de egyetlen proton sem jut a membránközi térbe.

3. komplex: A felszabadult elektronok továbbadódnak a harmadik enzimkomplexhez (ubiquinone citokróm c oxidoreduktáz), ahol további 2 protont szivattyúznak a mátrix térből a membránközi térbe.

4. komplex: Végül az elektronok eljutnak a negyedik komplexhez (citokróm c oxidáz). Itt az elektronok oxigénre (O2) kerülnek, így két további protonnal víz (H2O) képződik. A folyamat során 2 proton ismét belép a membránközi térbe.

5. komplex: Összesen nyolc protont szivattyúztak a mátrix térből a membránközi térbe. Az elektronszállító lánc alapvető követelménye az enzimkomplex növekvő elektronegativitása. Ez azt jelenti, hogy az enzimkomplexek képessége a negatív elektronok vonzására egyre erősödik.
Az első végtermék, a víz mellett egy protongradienst is felépítettünk a membránközi térben a légzőláncon keresztül. Ez energiát tárol az ATP (adenozin-trifoszfát) felépítéséhez. Ez az ötödik és a végső enzimkomplex (ATP szintáz) feladata. Az ötödik komplex úgy alakul ki, mint egy alagút a mitokondriális membránon. Ezen keresztül, a koncentráció-különbség hatására, a protonok visszajutnak a mátrix térbe. Ez az ATP-t az ADP-ből (adenozin-difoszfát) és szervetlen foszfátból hozza létre, amely az egész szervezet számára elérhető.

Mit csinál a protonpumpa?

A protonpumpa az ötödik és utolsó enzimkomplex a légzőláncban. Ezen keresztül a protonok visszafolynak a membránközi térből a mátrix térbe. Ezt csak a két reakciótér közötti korábban megállapított koncentráció-különbség teszi lehetővé. A protongradiensben tárolt energiát felhasználják az ATP (adenozin-trifoszfát) foszfátból és ADP-ből történő végső szintéziséhez.
Az ATP a testünk univerzális energiahordozója, és elengedhetetlen a különféle reakciókhoz. Mivel a protonszivattyún állítják elő, ATP szintáz néven is ismert.

A légzőrendszer egyensúlya

A légzőlánc döntő végterméke az ATP (adenin-trifoszfát), amely egyetemes energiahordozó a testben. Az ATP-t a légzési lánc során felmerülő protongradiens segítségével állítják elő. A NADH + H + és a FADH2 különféleképpen hatékonyak. A NADH + H + az első enzimkomplexben a légzői láncban visszajut a NAD + -ra, és összesen 10 protont pumpál az intermembrán térbe. Amikor a FADH2 oxidálódik, a hozam alacsonyabb, mivel csak 6 proton szállítódik a membránközi térbe. Ennek oka az, hogy a FADH2-t a második enzimkomplexbe vezetik be a légzési láncba, és így megkerüli az első komplexet. Az ATP szintéziséhez 4 protonnak kell áramolnia az ötödik komplexen.
Következésképpen NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) és FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5) előállítása következik be.
Ha egy cukor-molekula glikolízis, citromsav-ciklus és légzési lánc révén bontódik le, legfeljebb 32 ATP képződik, amely a szervezet számára elérhető.

Milyen szerepet játszanak a mitokondriumok?

A mitokondriumok az állati és növényi szervezetekben előforduló sejtes organellák. Különböző energiafolyamatok zajlanak a mitokondriumokban, ideértve a légzőláncot is. Mivel a légzési lánc az energiatermelés döntő folyamata, a mitokondriumokat "sejt erőműveinek" is nevezik. Kettős membránjuk van, tehát összesen két különálló reakciótér jön létre. Belül a mátrix tér és a membránok közötti tér a két membrán között. Ez a két tere alapvető fontosságú a légzőlánc áramlásában. Csak így lehet felépíteni egy protongradienst, ami fontos az ATP szintézise szempontjából.

Tudjon meg többet a témáról ebben a cikkben: A mitokondriumok felépítése

Mit csinál a cianid a légzőkészülékben?

A cianidok veszélyes méreganyagok, ideértve a hidrogén-cianid-vegyületeket. Képesek megállítani a légzőláncot.
Pontosabban, a cianid kötődik a légzési lánc negyedik komplexének vasához. Ennek eredményeként az elektronok már nem vihetők át molekuláris oxigénbe. Ennek eredményeként a teljes légzési lánc már nem futhat.
Ennek eredményeként hiányzik az ATP energiaforrás (adenozin-trifoszfát), és úgynevezett "belső fulladás" következik be. Az olyan tünetek, mint a hányás, az eszméletvesztés és a görcsök nagyon gyorsan jelentkeznek a cianidmérgezés után, és ha nem kezelik őket, akkor gyors halálhoz vezetnek.

Mi a légzési lánc hibája?

A légzőrendszeri hiány egy ritka anyagcsere-betegség, amely gyakran gyermekkorban jelentkezik. Ennek oka a genetikai információk (DNS) változása. A mitokondriumok működése korlátozott, és a légzőlánc nem működik megfelelően. Ez különösen akkor észlelhető szervekben, amelyek sok energiát fogyasztanak ATP (adenozin-trifoszfát) formájában.
Jellemző tünet például izomfájdalom vagy izomgyengeség.
Ennek a betegségnek a kezelése nehéz, mivel örökletes betegség. Biztosítani kell az elegendő energiaellátást (például glükózon keresztül). Egyébként tisztán tüneti kezelés megfelelő.