Co je to dýchací řetězec?

definice

Dýchací řetězec je proces generování energie v buňkách našeho těla. Spojuje cyklus kyseliny citronové a je posledním krokem při rozkladu cukru, tuků a bílkovin. Dýchací řetězec je umístěn ve vnitřní membráně mitochondrií. V dýchacím řetězci se redukční ekvivalenty (NADH + H + a FADH2), které se mezitím vytvořily, znovu oxidují (uvolňují se elektrony), čímž se může vytvářet protonový gradient. To se nakonec používá k vytvoření univerzálního nosiče energie ATP (adenosintrifosfát). K úplnému běhu dýchacího řetězce je také nutný kyslík.

Sekvence dýchacího řetězce

Dýchací řetězec je integrován do vnitřní mitochondriální membrány a skládá se z celkem pěti komplexů enzymů. Navazuje na cyklus kyseliny citronové, ve kterém se tvoří redukční ekvivalenty NADH + H + a FADH2. Tyto redukční ekvivalenty dočasně ukládají energii a jsou znovu oxidovány v dýchacím řetězci. Tento proces probíhá v prvních dvou komplexech enzymů v dýchacím řetězci.

Komplex 1: NADH + H + dosáhne prvního komplexu (NADH ubichinon oxidoreduktáza) a uvolní dva elektrony. Současně jsou 4 protony čerpány z prostoru matice do mezimembránového prostoru.

Komplex 2: FADH2 uvolňuje své dva elektrony na druhém komplexu enzymů (sukcinát-ubichinon-oxidoreduktáza), ale do mezimembránového prostoru se nedostanou žádné protony.

Komplex 3: Uvolněné elektrony jsou předávány do třetího komplexu enzymů (ubichinon cytochrom c oxidoreduktáza), kde jsou další 2 protony čerpány z prostoru matrice do mezimembránového prostoru.

Komplex 4: Nakonec se elektrony dostanou do čtvrtého komplexu (cytochrom c oxidáza). Zde se elektrony přenášejí na kyslík (O2), takže se voda (H2O) vytváří se dvěma dalšími protony. Přitom se 2 protony dostanou znovu do mezimembránového prostoru.

Komplex 5: Celkem osm protonů bylo nyní čerpáno z prostoru matice do mezimembránového prostoru. Základním požadavkem na elektronový transportní řetězec je zvyšující se elektronegativita enzymového komplexu. To znamená, že schopnost komplexů enzymů přitahovat negativní elektrony je stále silnější.
Kromě prvního konečného produktu, vody, byl v mezimembránovém prostoru vybudován protonový gradient dýchacím řetězcem. To ukládá energii, která se používá k hromadění ATP (adenosintrifosfát). To je úkolem pátého a posledního komplexu enzymů (ATP syntáza). Pátý komplex překlenuje mitochondriální membránu jako tunel. Díky tomu, poháněnému rozdílem v koncentraci, protony proudí zpět do maticového prostoru. To vytváří ATP z ADP (adenosindifosfát) a anorganického fosfátu, který je k dispozici celému organismu.

Co dělá protonová pumpa?

Protonová pumpa je pátým a posledním komplexem enzymů v dýchacím řetězci. Prostřednictvím toho protony proudí zpět z intermembránového prostoru do prostoru matice. To umožňuje pouze dříve zjištěný rozdíl v koncentraci mezi dvěma reakčními prostory. Energie uložená v protonovém gradientu se používá k konečné syntéze ATP (adenosintrifosfát) z fosfátu a ADP.
ATP je univerzálním nosičem energie našeho těla a je nezbytný pro různé reakce. Protože je generován protonovou pumpou, je také známý jako ATP syntáza.

Rovnováha dýchacího řetězce

Rozhodujícím konečným produktem dýchacího řetězce je ATP (adenin trifosfát), který je univerzálním nosičem energie v těle. ATP je syntetizován pomocí protonového gradientu, který vzniká během dýchacího řetězce. NADH + H + a FADH2 jsou různě efektivní. NADH + H + se oxiduje zpět na NAD + v dýchacím řetězci v prvním komplexu enzymů a pumpuje celkem 10 protonů do mezimembránového prostoru. Když je FADH2 oxidován, výtěžek je nižší, protože do mezimembránového prostoru je transportováno pouze 6 protonů. Je to proto, že FADH2 je zaveden do dýchacího řetězce v druhém komplexu enzymů, a tak obchází první komplex. Aby bylo možné syntetizovat ATP, musí protony protékat pátým komplexem.
Následně se vyrábí na NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) a na FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Když se molekula cukru rozloží glykolýzou, cyklem kyseliny citronové a dýchacím řetězcem, může být vytvořeno maximálně 32 ATP, které jsou organismu k dispozici.

Jakou roli hrají mitochondrie?

Mitochondrie jsou buněčné organely nacházející se v živočišných a rostlinných organismech. V mitochondriích probíhají různé energetické procesy, včetně dýchacího řetězce. Protože dýchací řetězec je rozhodujícím procesem pro výrobu energie, mitochondrie se také nazývají „elektrárny buňky“. Mají dvojitou membránu, takže jsou vytvořeny celkem dva oddělené reakční prostory. Uvnitř je prostor matice a mezimembránový prostor mezi dvěma membránami. Tyto dva prostory jsou zásadní pro tok dýchacího řetězce. Pouze tímto způsobem lze vytvořit protonový gradient, který je důležitý pro syntézu ATP.

Přečtěte si více o tématu v tomto článku: Struktura mitochondrií

Co dělá kyanid v dýchacím řetězci?

Kyanidy jsou nebezpečné toxiny, včetně sloučenin kyanovodíku. Jsou schopni zastavit dýchací řetězec.
Kyanid se konkrétně váže na železo čtvrtého komplexu dýchacího řetězce. Výsledkem je, že elektrony již nelze přenést na molekulární kyslík. Výsledkem je, že celý dýchací řetězec již nemůže běžet.
Výsledkem je nedostatek nosiče energie ATP (adenosintrifosfát) a dochází k takzvanému „vnitřnímu udušení“. Příznaky jako zvracení, bezvědomí a křeče se po otravě kyanidem vyskytují velmi rychle a pokud nejsou léčeny, vedou k rychlé smrti.

Co je to vada dýchacího řetězce?

Porucha dýchacího řetězce je vzácné metabolické onemocnění, které se často projevuje v dětství. Příčinou jsou změny v genetické informaci (DNA). Mitochondrie mají omezenou funkci a dýchací řetězec nefunguje správně. To je patrné zejména u orgánů, které spotřebovávají velké množství energie ve formě ATP (adenosintrifosfát).
Typickými příznaky jsou například bolest svalů nebo svalová slabost.
Terapie tohoto onemocnění je obtížná, protože se jedná o dědičné onemocnění. Je třeba zajistit dostatečný přísun energie (např. Prostřednictvím glukózy). Jinak je vhodná čistě symptomatická léčba.