Elpošanas ķēde ir nosaukums, kas piešķirts elektronu pārneses pakāpju kaskādei (redoksreakcijas) gandrīz visu dzīvo organismu šūnu metabolismā. Elpošanas ķēdes beigās, kas notiek mitohondriji, šūnu spēkstacijas, ATP (adenozīns trifosfāts) un ūdens (H2O). ATP satur saglabāto enerģiju, ko var transportēt nelielos attālumos, kas nāk no elpošanas ķēdes un ir pieejama endotermiskiem vai enerģiju pieprasošiem vielmaiņas procesiem.
Kāda ir elpošanas ķēde?
ATP un ūdens tiek ražoti elpošanas ķēdes beigās, kas notiek mitohondriji, šūnu spēkstacijas. Kā daļa no šūnu elpošanas, elpošanas ķēde ietver virkni redoksreakcijas, elektronu ziedojošās un pieņemošās reakcijas, kuras katalītiski kontrolē fermenti. Vispārējais ļoti eksotermiskais process, kas atbilst ūdeņradis uz ūdens (oksihidrogēna reakcija), citādi termiski iznīcinātu šūnas vai pat izraisītu to eksplodēšanu. Elpošanas ķēde notiek iekšējā membrānā mitohondriji četros secīgos redoks kompleksos: Elektroni, kas pārnesti uz nākamo posmu, katrs atbrīvo daļu no savas enerģijas. Tajā pašā laikā protonu (H +) dēļ, kas izlaisti telpā starp mitohondriju iekšējo un ārējo membrānu (starpmembrānu telpa), veidojas protonu gradients. Protoni mēģina migrēt no augstuma zonas koncentrācija līdz zemas koncentrācijas zonai - šajā gadījumā iekšējai membrānai. Tas darbojas tikai kopā ar fermentu ATP sintāzi, tuneļa olbaltumvielu. Pārejot caur tuneļa olbaltumvielām, protoni atbrīvo enerģiju, kas ADP oksidatīvās fosforilēšanas gaitā tiek pārveidota par ATP (adenozīns difosfāts) un neorganiskas fosfāts. ATP kalpo kā visvarens enerģijas nesējs gandrīz visiem enerģiju patērējošajiem vielmaiņas procesiem organismā. Ja vielmaiņas procesos tiek izmantota enerģija, tā tiek pārveidota atpakaļ par ADP ar eksotermisku šķelšanos a fosfāts grupa.
Funkcija un uzdevums
Elpošanas ķēdei kopā ar citrātu ciklu, kas notiek arī mitohondrijos, ir uzdevums un funkcija nodrošināt organismu ar izmantojamu enerģiju pietiekamā daudzumā. Galu galā vielu grupu pārtikas sastāvdaļu noārdīšanās procesi ogļhidrāti, tauki un proteīni vadīt degradācijas procesu pēdējā daļā līdz elpošanas ķēdei, kurā pārtikas sastāvdaļās esošā enerģija tiek padarīta ķermenim pieejama enerģētiski izmantojamas ATP formā. Cilvēka vielmaiņas galvenais ieguvums ir tas, ka pārtikas sastāvdaļās esošā ķīmiskā enerģija netiek tikai un nekontrolējami pārveidota par siltuma enerģiju, bet tiek uzglabāta ATP formā. ATP ļauj ķermenim izmantot uzkrāto enerģiju pēc vajadzības laikā un telpā. Gandrīz visi enerģiju patērējošie vielmaiņas procesi ir atkarīgi no ATP kā enerģijas piegādātāja. Elpošanas ķēde satur četrus tā sauktos kompleksus (I, II, III, IV) un papildus kā pēdējo soli ADP fosforilēšanu līdz ATP, ko daži autori sauc arī par kompleksu V. Abās elektronu pārneses ķēdēs I un II svarīga loma ir enzīmu kompleksiem, kas saistīti ar ubikinonu, NAD / NADH (nikotīnamīda adenīna dinukleotīds) un FAD (flavīna adenīna dinukleotīds). Procesi pie III un IV kompleksa notiek arī ar ubikinola vai oksidētā ubiquinona un citohroma c oksidāzes piedalīšanos, kas oksidējas līdz citohromam c. Tajā pašā laikā, skābeklis tiek reducēts līdz ūdenim (H2O), pievienojot 2 H + jonus. Elpošanas ķēdi var uzskatīt par sava veida atvērtu ciklu, kurā iesaistītie enzīmu katalizatori nepārtraukti atjaunojas un iejaucas no jauna vielmaiņas ciklā. Izrādās, ka tas ir īpaši energoefektīvs ķermeņa metabolismam un īpaši efektīvs resursu izmantošanai, pateicoties biokatalizatoru perfektai pārstrādei (fermenti) iesaistīti.
Slimības un kaites
Elpošanas ķēde ietver elektronu pārneses kaskādi, iesaistot daudzas vielas un, galvenokārt, sarežģītus fermentatīvos procesus sava veida biokatalītiskā procesā. Ja kāds no šiem procesiem ir traucēts, pati elpošanas ķēde var tikt traucēta vai, ārkārtējos gadījumos, pilnībā izslēgta. Principā vairāki ģenētiski defekti var rasties arī hromosomu kopā vai arī ģenētiski defekti tikai atsevišķa mitohondriju DNS. Ja ir mitohondriju ģenētisks defekts, tas var rasties tikai no mātes, jo atsevišķā tēviņa mitohondriālā DNS atrodas tikai sperma, kas tomēr tiek noraidīts un izvadīts, pirms sperma iekļūst olšūnā. Papildus ģenētiski noteiktiem traucējumiem elpošanas ķēdes gaitā ir iespējami arī iegūtie traucējumi, kurus izraisa, piemēram, dabiski vai mākslīgi elpošanas ķēdes inhibitori. Ir zināmas vairākas vielas, kas inhibē elpošanas ķēdi noteiktā vietā, tāpēc elpošanas ķēde tiek pilnībā pārtraukta vai darbojas tikai nepietiekami. Citas vielas darbojas kā tā sauktie atvienotāji (protonofori), kas izraisa oksidēšanas posmu norisi daudz ātrāk un vadīt uz palielinātu skābeklis pieprasījums. Arī šeit ir dabiski un mākslīgi atdalītāji. Daži antibiotikas un fungicīdi, piemēram, darbojas kā inhibitori, no kuriem daži uzbrūk I, II vai III kompleksiem. The antibiotika oligomicīns tieši inhibē ATP sintāzes procesu, kā rezultātā samazinās ATP sintēze ar samazinātu skābeklis patēriņš. Brūnie taukaudi darbojas arī kā dabisks atvienotājs, kas spēj enerģiju tieši pārvērst siltumā bez apvedceļa, izmantojot ATP. Disfunkcija elpošanas ķēdē parasti izpaužas kā samazināta veiktspēja, kā arī bieža vai nemainīga nogurums un nogurums.
