Čo je dýchací reťazec?

definícia

Dýchací reťazec je proces vytvárania energie v bunkách nášho tela. Spája sa v cykle kyseliny citrónovej a je posledným krokom v rozklade cukru, tukov a bielkovín. Dýchací reťazec sa nachádza vo vnútornej membráne mitochondrií. V dýchacom reťazci sa redukčné ekvivalenty (NADH + H + a FADH2), ktoré sa medzičasom vytvorili, znova oxidujú (elektróny sa uvoľňujú), čím sa môže vytvoriť protónový gradient. To sa nakoniec používa na vytvorenie univerzálneho nosiča energie ATP (adenozíntrifosfát). Kyslík je tiež potrebný, aby dýchací reťazec mohol fungovať úplne.

Sekvencia dýchacieho reťazca

Dýchací reťazec je integrovaný do vnútornej mitochondriálnej membrány a skladá sa z celkom piatich enzýmových komplexov. Vychádza z cyklu kyseliny citrónovej, v ktorom sa tvoria redukčné ekvivalenty NADH + H + a FADH2. Tieto redukčné ekvivalenty dočasne ukladajú energiu a sú znovu oxidované v dýchacom reťazci. Tento proces prebieha v prvých dvoch enzýmových komplexoch v dýchacom reťazci.

Komplex 1: NADH + H + dosahuje prvý komplex (NADH ubichinón oxidoreduktáza) a uvoľňuje dva elektróny. Súčasne sa z matricového priestoru čerpajú 4 protóny do intermembránového priestoru.

Komplex 2: FADH2 uvoľňuje svoje dva elektróny v druhom enzýmovom komplexe (sukcinát-ubichinón-oxidoreduktáza), ale do intermembránového priestoru sa nedostávajú žiadne protóny.

Komplex 3: Uvoľnené elektróny sa prenášajú do tretieho enzýmového komplexu (ubiquinón cytochróm c oxidoreduktáza), kde sa z matricového priestoru čerpajú ďalšie 2 protóny do intermembránového priestoru.

Komplex 4: Nakoniec sa elektróny dostanú do štvrtého komplexu (cytochróm c oxidáza). Elektróny sa tu prenášajú na kyslík (O2), takže s dvoma ďalšími protónmi sa vytvára voda (H2O). Pritom sa 2 protóny znovu dostanú do medzimembránového priestoru.

Komplex 5: Celkom osem protónov bolo odčerpaných z priestoru matrice do intermembránového priestoru. Základnou požiadavkou pre elektrónový transportný reťazec je zvyšujúca sa elektronegativita enzýmového komplexu. To znamená, že schopnosť enzýmových komplexov priťahovať negatívne elektróny je silnejšia.
Okrem prvého konečného produktu, vody, sa v intermembránovom priestore cez dýchací reťazec vybudoval protónový gradient. To ukladá energiu, ktorá sa používa na vytváranie ATP (adenozíntrifosfát). Toto je práca piateho a konečného enzýmového komplexu (ATP syntáza). Piaty komplex pokrýva mitochondriálnu membránu ako tunel. Prostredníctvom tohto, poháňaného rozdielom v koncentrácii, protóny prúdia späť do priestoru matrice. To vytvára ATP z ADP (adenozíndifosfát) a anorganického fosfátu, ktorý je k dispozícii pre celý organizmus.

Čo robí protónové čerpadlo?

Protónová pumpa je piaty a posledný enzýmový komplex v dýchacom reťazci. Týmto protóny tečú späť z intermembránového priestoru do maticového priestoru. Toto je možné iba na základe vopred stanoveného rozdielu v koncentrácii medzi dvoma reakčnými priestormi. Energia uložená v protónovom gradiente sa používa na konečnú syntézu ATP (adenozín trifosfát) z fosfátu a ADP.
ATP je univerzálny nosič energie nášho tela a je nevyhnutný pre rôzne reakcie. Pretože sa generuje v protónovej pumpe, je známa aj ako ATP syntáza.

Rovnováha dýchacieho reťazca

Rozhodujúcim konečným produktom respiračného reťazca je ATP (adenín trifosfát), ktorý je v tele univerzálnym nosičom energie. ATP je syntetizovaný pomocou protónového gradientu, ktorý vzniká počas dýchacieho reťazca. NADH + H + a FADH2 sú rôzne účinné. NADH + H + sa oxiduje späť na NAD + v dýchacom reťazci v prvom enzýmovom komplexe a do medzimembránového priestoru pumpuje celkom 10 protónov. Pri oxidácii FADH2 je výťažok nižší, pretože do medzimembránového priestoru sa transportuje iba 6 protónov. Je to preto, že FADH2 sa zavádza do respiračného reťazca v druhom enzýmovom komplexe, a tak obchádza prvý komplex. Na syntézu ATP musia cez piaty komplex pretekať 4 protóny.
V dôsledku toho sa na NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) a na FADH2 vyrobí 1,5 ATP (6/4 = 1,5).
Ak sa molekula cukru rozloží glykolýzou, cyklom kyseliny citrónovej a dýchacím reťazcom, môže sa vytvoriť maximálne 32 ATP, čo je organizmu k dispozícii.

Akú úlohu hrajú mitochondrie?

Mitochondrie sú bunkové organely nachádzajúce sa v živočíšnych a rastlinných organizmoch. V mitochondriách prebiehajú rôzne energetické procesy vrátane dýchacieho reťazca. Keďže dýchací reťazec je rozhodujúcim procesom výroby energie, mitochondrie sa tiež nazýva „elektrárne bunky“. Majú dvojitú membránu, takže sa vytvárajú celkom dva oddelené reakčné priestory. Vnútri je matricový priestor a intermembránový priestor medzi oboma membránami. Tieto dva priestory sú základom toku dýchacích ciest. Iba tak sa dá vybudovať protónový gradient, ktorý je dôležitý pre syntézu ATP.

Prečítajte si viac o téme v tomto článku: Štruktúra mitochondrií

Čo robí kyanid v respiračnom reťazci?

Kyanidy sú nebezpečné toxíny vrátane zlúčenín kyanovodíka. Sú schopní zastaviť dýchací reťazec.
Konkrétne sa kyanid viaže na železo štvrtého komplexu respiračného reťazca. V dôsledku toho sa elektróny už nemôžu prenášať na molekulárny kyslík. Výsledkom je, že celý dýchací reťazec už nemôže bežať.
Výsledkom je nedostatok zdroja energie ATP (adenozíntrifosfát) a vyskytuje sa takzvané „vnútorné zadusenie“. Príznaky ako zvracanie, bezvedomie a kŕče sa vyskytujú veľmi rýchlo po otrave kyanidom a, ak sa nelieči, vedú k rýchlej smrti.

Čo je to porucha dýchacieho reťazca?

Porucha respiračného reťazca je zriedkavé metabolické ochorenie, ktoré sa často prejavuje v detstve. Príčinou sú zmeny v genetických informáciách (DNA). Mitochondrie majú obmedzenú funkciu a dýchací reťazec nefunguje správne. Toto je obzvlášť viditeľné v orgánoch, ktoré spotrebúvajú veľa energie vo forme ATP (adenozíntrifosfát).
Typickým príznakom je napríklad bolesť svalov alebo svalová slabosť.
Terapia tohto ochorenia je ťažká, pretože je to dedičné ochorenie. Malo by sa zabezpečiť, aby bola dostatočná energia (napríklad prostredníctvom glukózy). Inak je vhodná čisto symptomatická liečba.