Hvad er luftvejskæden?

definition

Luftvejskæden er en proces til generering af energi i vores kropsceller. Det tilslutter sig citronsyrecyklus og er det sidste trin i nedbrydningen af ​​sukker, fedt og proteiner. Luftvejskæden er placeret i mitokondriens indre membran. I luftvejskæden oxideres reduktionsækvivalenter (NADH + H + og FADH2), der har dannet sig i mellemtiden igen (elektroner afgives), hvorved en protongradient kan opbygges. Dette bruges til sidst til at danne den universelle energibærer ATP (adenosintriphosphat). Oxygen er også påkrævet, så luftvejskæden kan køre fuldstændigt.

Sekvens af luftvejskæden

Luftvejskæden er integreret i den indre mitokondrielle membran og består af i alt fem enzymkomplekser. Det følger af citronsyrecyklus, hvor reduktionsækvivalenterne NADH + H + og FADH2 dannes. Disse reduktionsækvivalenter lagrer midlertidigt energi og oxideres igen i luftvejskæden. Denne proces finder sted i de første to enzymkomplekser i luftvejskæden.

Kompleks 1: NADH + H + når det første kompleks (NADH ubiquinone oxidoreductase) og frigiver to elektroner. Samtidig pumpes 4 protoner fra matrixrummet ind i intermembranrummet.

Kompleks 2: FADH2 frigiver sine to elektroner på det andet enzymkompleks (succinat-ubiquinon-oxidoreduktase), men ingen protoner kommer ind i intermembranrummet.

Kompleks 3: Elektronerne, der frigives, ledes videre til det tredje enzymkompleks (ubiquinon cytochrome c oxidoreductase), hvor yderligere 2 protoner pumpes fra matrixrummet ind i intermembranrummet.

Kompleks 4: I sidste ende kommer elektronerne til det fjerde kompleks (cytochrome c oxidase). Her overføres elektronerne til ilt (O2), så med to yderligere protoner dannes vand (H2O). I processen kommer 2 protoner igen ind i intermembranrummet.

Kompleks 5: I alt blev otte protoner nu pumpet fra matrixrummet ind i intermembranrummet. Det grundlæggende krav til elektrontransportkæden er den stigende elektronegativitet af enzymkomplekset. Dette betyder, at enzymkompleksernes evne til at tiltrække negative elektroner bliver stærkere.
Foruden det første slutprodukt, vand, blev der opbygget en protongradient i intermembranrummet gennem åndedrætskæden. Dette gemmer energi, der bruges til at opbygge ATP (adenosintriphosphat). Dette er jobbet med det femte og sidste enzymkompleks (ATP-synthase). Det femte kompleks spænder over den mitokondriske membran som en tunnel. Gennem dette, drevet af forskellen i koncentration, strømmer protonerne tilbage i matrixrummet. Dette skaber ATP fra ADP (adenosindiphosphat) og uorganisk fosfat, som er tilgængeligt for hele organismen.

Hvad gør protonpumpen?

Protonpumpen er det femte og sidste enzymkompleks i luftvejskæden. Gennem dette strømmer protonerne tilbage fra intermembranrummet ind i matrixrummet. Dette muliggøres kun af den tidligere fastlagte forskel i koncentration mellem de to reaktionsrum. Energien, der er lagret i protongradienten, bruges til i sidste ende at syntetisere ATP (adenosintrifosfat) fra phosphat og ADP.
ATP er vores krops universelle energibærer og er afgørende for en række reaktioner. Da den genereres ved protonpumpen, er den også kendt som ATP-syntase.

Balance i luftvejskæden

Det afgørende slutprodukt af luftvejskæden er ATP (adenintriphosphat), som er en universel energibærer i kroppen. ATP syntetiseres ved hjælp af en protongradient, der opstår under luftvejskæden. NADH + H + og FADH2 er forskelligt effektive. NADH + H + oxideres tilbage til NAD + i luftvejskæden ved det første enzymkompleks og pumper i alt 10 protoner ind i intermembranrummet. Når FADH2 oxideres, er udbyttet lavere, fordi kun 6 protoner transporteres ind i intermembranrummet. Dette skyldes, at FADH2 indføres i åndedræts-kæden ved det andet enzymkompleks og dermed omgår det første kompleks. For at syntetisere en ATP skal 4 protoner strømme gennem det femte kompleks.
Følgelig produceres pr. NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) og pr. FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Når et sukkermolekyle nedbrydes via glykolyse, citronsyrecyklus og luftvejskæde, kan der maksimalt genereres 32 ATP, som er tilgængeligt for organismen.

Hvilken rolle spiller mitokondrierne?

Mitochondria er celleorganeller findes i dyre- og planteorganismer. Forskellige energiprocesser finder sted i mitokondrierne, inklusive luftvejskæden. Da luftvejskæden er den afgørende proces til generering af energi, kaldes mitokondrier også "cellens kraftværker". De har en dobbelt membran, så der i alt oprettes to separate reaktionsrum. Indvendigt er matrixrummet og intermembranrummet mellem de to membraner. Disse to rum er grundlæggende for luftstrømmen i luftvejskæden. Kun på denne måde kan der opbygges en protongradient, hvilket er vigtigt for ATP-syntese.

Læs mere om emnet i denne artikel: Struktur af mitokondrier

Hvad gør cyanid i luftvejskæden?

Cyanider er farlige toksiner, herunder forbindelser med brintcyanid. De er i stand til at bringe luftvejskæden til stilstand.
Specifikt binder cyanidet sig til jernet i det fjerde kompleks i luftvejskæden. Som et resultat kan elektronerne ikke længere overføres til molekylært ilt. Som et resultat kan hele luftvejskæden ikke længere køre.
Resultatet er en mangel på energikilden ATP (adenosintriphosphat), og såkaldt "intern kvælning" forekommer. Symptomer som opkast, bevidstløshed og kramper opstår meget hurtigt efter cyanidforgiftning og fører, hvis de ikke behandles, til hurtig død.

Hvad er en respiratorisk kædedefekt?

En respiratorisk kædedefekt er en sjælden metabolisk sygdom, der ofte manifesterer sig i barndommen. Årsagen er ændringer i den genetiske information (DNA). Mitokondrier er begrænset i deres funktion, og åndedræts-kæden fungerer ikke korrekt. Dette mærkes især i organer, der bruger meget energi i form af ATP (adenosintriphosphat).
Et typisk symptom er for eksempel muskelsmerter eller muskelsvaghed.
Terapi for denne sygdom er vanskelig, fordi det er en arvelig sygdom. Det skal sikres, at der er en tilstrækkelig energiforsyning (f.eks. Gennem glukose). Ellers er rent symptomatisk behandling passende.