Hvad er åndedrætskæden?

definition

Åndedrætskæden er en proces til generering af energi i vores kropsceller. Det slutter sig til citronsyrecyklussen og er det sidste trin i nedbrydningen af ​​sukker, fedt og proteiner. Åndedrætskæden er placeret i mitokondriens indre membran. I åndedrætskæden oxideres reduktionsækvivalenter (NADH + H + og FADH2), der er dannet i mellemtiden, igen (elektroner afgives), hvorved en protongradient kan opbygges. Dette bruges i sidste ende til at danne den universelle energibærer ATP (adenosintrifosfat). Der kræves også ilt, så åndedrætskæden kan køre helt.

Sekvens af åndedrætskæden

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

Kompleks 1: NADH + H + når det første kompleks (NADH ubiquinon oxidoreductase) og frigiver to elektroner. På samme tid pumpes 4 protoner fra matrixrummet ind i mellemrummet.

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

Kompleks 3: De frigivne elektroner overføres til det tredje enzymkompleks (ubiquinon cytochrom c oxidoreductase), hvor yderligere 2 protoner pumpes fra matrixrummet ind i det intermembrane rum.

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

Kompleks 5: I alt blev der nu pumpet otte protoner fra matrixrummet ind i mellemrummet. Det grundlæggende krav til elektrontransportkæden er den stigende elektronegativitet af enzymkomplekset. Dette betyder, at enzymkompleksernes evne til at tiltrække negative elektroner bliver stærkere.
Ud over det første slutprodukt, vand, blev der opbygget en protongradient i mellemrummet gennem luftvejskæden. Dette lagrer energi, der bruges til at opbygge ATP (adenosintrifosfat). Dette er jobbet for det femte og sidste enzymkompleks (ATP-syntase). Det femte kompleks spænder over den mitokondrie 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 åndedrætskæden. Gennem dette strømmer protonerne tilbage fra det intermembrane rum ind i matrixrummet. Dette er kun muliggjort af den tidligere etablerede forskel i koncentration mellem de to reaktionsrum. Den energi, der er lagret i protongradienten, bruges til i sidste ende at syntetisere ATP (adenosintriphosphat) fra phosphat og ADP.
ATP er vores krops universelle energibærer og er afgørende for en række reaktioner. Da det genereres ved protonpumpen, er det også kendt som ATP-syntase.

Balance i åndedrætskæden

Det afgørende slutprodukt af åndedrætskæden er ATP (adenintrifosfat), som er en universel energibærer i kroppen. ATP syntetiseres ved hjælp af en protongradient, der opstår under luftvejskæden. NADH + H + og FADH2 er forskellig effektive. NADH + H + oxideres tilbage til NAD + i åndedrætskæden ved det første enzymkompleks og pumper i alt 10 protoner ind i mellemrummet. Når FADH2 oxideres, er udbyttet lavere, fordi kun 6 protoner transporteres ind i mellemrummet. Dette skyldes, at FADH2 introduceres i åndedrætskæden ved det andet enzymkompleks og således omgår det første kompleks. For at syntetisere en ATP skal 4 protoner strømme gennem det femte kompleks.
Der produceres følgelig 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 åndedrætskæde, kan der maksimalt genereres 32 ATP, som er tilgængelig for organismen.

Hvilken rolle spiller mitokondrierne?

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

Læs mere om emnet i denne artikel: Mitokondriernes struktur

Hvad gør cyanid i luftvejskæden?

Cyanider er farlige toksiner, herunder forbindelser af hydrogencyanid. De er i stand til at standse åndedrætskæden.
Specifikt binder cyanidet til jernet i det fjerde kompleks i åndedrætskæden. Som et resultat kan elektronerne ikke længere overføres til molekylært ilt. Som et resultat kan hele luftvejskæden ikke længere køre.
Resultatet er mangel på energibæreren ATP (adenosintrifosfat), og såkaldt "intern kvælning" opstår. Symptomer som opkastning, bevidstløshed og kramper opstår meget hurtigt efter cyanidforgiftning og fører til hurtig død, hvis de ikke behandles.

Hvad er en åndedrætsfejl?

En luftvejskæde er en sjælden metabolisk sygdom, der ofte manifesterer sig i barndommen. Årsagerne er ændringer i den genetiske information (DNA). Mitokondrierne er begrænsede i deres funktion, og åndedrætskæden fungerer ikke korrekt. Dette ses især i organer, der bruger meget energi i form af ATP (adenosintrifosfat).
Typiske symptomer er for eksempel muskelsmerter eller muskelsvaghed.
Terapi for denne sygdom er vanskelig, fordi det er en arvelig sygdom. Det bør sikres, at der er tilstrækkelig energi (f.eks. Gennem glukose). Ellers er rent symptomatisk behandling passende.