שרשרת נשימה

כפי ש שרשרת נשימה נקרא מפל של שלבי העברת אלקטרונים (תגובות redox) במטבוליזם של התאים של כמעט כל היצורים החיים. בסוף שרשרת הנשימה, המתרחשת במיטוכונדריה, מיוצרים תחנות הכוח של התאים, ATP (אדנוזין טריפוספט) ומים (H2O). ה- ATP מכיל את האנרגיה השמורה הניתנת להובלה למרחקים קצרים, המגיעה משרשרת הנשימה וזמינה לתהליכים מטבוליים מטבוליזם, כלומר דורשים אנרגיה.

מהי שרשרת הנשימה?

שרשרת הנשימה כחלק מהנשימה התאית מכילה שרשרת של תגובות רדוקס המתרחשות זו אחר זו, כלומר תגובות תורמות אלקטרונים ומקבלות אלקטרונים הנשלטות על ידי אנזימים קטליטיים. התהליך האקוטרמי הכולל, התואם את הבעירה של מימן למים (תגובת אוקסי-הידרוגן), בדרך כלל היה משמיד את התאים באופן תרמי או אפילו גורם להם להתפוצץ.

שרשרת הנשימה מתרחשת בקרום הפנימי של המיטוכונדריה בארבעה מתחמי רדוקס רצופים: האלקטרונים המועברים לשלב הבא מפטרים כל אחד מהאנרגיה שלהם. במקביל, מתפתח שיפוע פרוטון עקב הפרוטונים (H +) שמשתחררים לחלל שבין הממברנה הפנימית והחיצונית (מרחב בין-ממברני) של המיטוכונדריה. הפרוטונים מנסים לנדוד מאזור הריכוז הגבוה לאזור הריכוז הנמוך - במקרה זה הממברנה הפנימית.

זה עובד רק בשילוב עם האנזים ATP synthase, חלבון מנהרה. במהלך המעבר דרך חלבון המנהרה, הפרוטונים מוציאים אנרגיה, שהופכת ל- ATP במהלך זרחן חמצוני של ADP (אדנוזין דיפוספט) ופוספט אנאורגני. ה- ATP משמש כמנשא אנרגיה כל יכול כמעט לכל התהליכים המטבוליים הצורכים אנרגיה בגוף. כאשר משתמשים באנרגיה בתהליכים מטבוליים, היא מתפרקת שוב ל- ADP תוך התפצלות אקזוותרמית של קבוצת פוספטים.

פונקציה ומשימה

לשרשרת הנשימה יש את המשימה והתפקוד, בקשר למחזור חומצות לימון, שמתרחש גם במיטוכונדריה, לספק לגוף אנרגיה שמישה מספקת. בסופו של דבר, תהליכי הפירוק של רכיבי המזון של החומרים מקבוצות פחמימות, שומנים וחלבונים זורמים לשרשרת הנשימה בחלק האחרון של תהליכי הפירוק, בהם האנרגיה הכלולה במרכיבי המזון הופכת לזמינה לגוף בצורה של ATP שמיש אנרגטית.

היתרון העיקרי למטבוליזם האנושי הוא בכך שהאנרגיה הכימית הכלולה במרכיבי המזון אינה מומרת באופן בלעדי וללא שליטה לאנרגיית חום, אלא שהיא מאוחסנת בצורה של ATP. ה- ATP מאפשר לגוף להשתמש באנרגיה המאוחסנת בזמנים שונים ובמקומות שונים כנדרש. כמעט כל התהליכים המטבוליים הצורכים אנרגיה מסתמכים על ATP כספק אנרגיה.

שרשרת הנשימה כוללת ארבעה מתחמים כביכול (I, II, III, IV) וכצעד אחרון זרחן של ADP ל- ATP, אשר כמה מחברים מכנים גם מורכבים V. מתחמי אנזים בקשר לאובוויקינון, NAD / NADH (ניקוטין-אדנין-דינוקלוטיד) ו- FAD (פלבין-אדנין-דינוקלוטיד) ממלאים תפקיד חשוב בשתי שרשראות העברת האלקטרונים I ו- II. התהליכים במתחמים III ו- IV מתרחשים גם בהשתתפות ubiquinol או ubiquinone המחומצן והציטוכרום c oxidase, המתחמצנים לציטוכרום c. במקביל מופחת חמצן למים (H2O) בתוספת 2 יוני H +.

ניתן לראות את שרשרת הנשימה כמעין מחזור פתוח, בו הזרזים האנזימטיים המעורבים מתחדשים ומתערבים שוב במחזור החומר. זה מתגלה כיעיל במיוחד מבחינת אנרגיה למטבוליזם של הגוף ויעיל במיוחד מבחינת השימוש במשאבים, בגלל המיחזור המושלם של הבי-קטליסטים (האנזימים) המעורבים.

מחלות ומחלות

שרשרת הנשימה מכילה מפל של העברות אלקטרונים בו חומרים רבים ובעיקר תהליכים אנזימטיים מורכבים מעורבים בסוג של תהליך ביו-קטליטי. אם אחד התהליכים הללו מופרע, ניתן להפריע לשרשרת הנשימה עצמה או במקרים קיצוניים להפסיק את הקצב.

באופן עקרוני, מספר פגמים גנטיים יכולים להופיע גם בערכת הכרומוזומים או, כמו גם פגמים גנטיים, אך ורק ב- DNA המיטוכונדריאלי הנפרד. אם יש מום גנטי מיטוכונדריאלי, הוא יכול להגיע רק מהאם, מכיוון ש- DNA המיטוכונדריאלי הנפרד של הגבר נמצא רק בזנב הזרע, שנדחה ומופרש לפני שהזרע חודר לביצה.

הפרעות נרכשות אפשריות בנוסף בנוסף להפרעות שנקבעו גנטית במהלך שרשרת הנשימה. B. נגרמת על ידי מעכבים טבעיים או מלאכותיים של שרשרת הנשימה. ידועים מספר חומרים המעכבים את שרשרת הנשימה בנקודה מוגדרת כך ששרשרת הנשימה מופרעת לחלוטין או שרק מתפקדת בצורה לא מספקת. חומרים אחרים פועלים כמי שנקרא מפענחים (פרוטונופורים), הגורמים לצעדים של חמצון לפעול במהירות רבה יותר ומביאים לביקוש מוגבר לחמצן. גם כאן ישנם ניתוקנים טבעיים ומלאכותיים.

כמעכבים z. B. כמה אנטיביוטיקה וקוטלי פטריות המשמשים למשל התקפת T. על קומפלקסים I, II או III. לאוליגומיצין האנטיביוטי יש השפעה מעכבת ישירה על תהליך הסינתז ATP, כך שמתרחשת סינתזה של ATP עם צריכת חמצן מופחתת. רקמת השומן החומה משמשת גם כמפרק טבעי, המסוגל להמיר את האנרגיה ישירות לחום מבלי לעבור דרך ATP. הפרעות תפקודיות בשרשרת הנשימה בדרך כלל מורגשות באמצעות ביצועים מופחתים ועייפות ותשישות תכופות או מתמדת.