Дихателната верига е името, дадено на каскада от стъпки на електронен трансфер (редокс реакции) в метаболизма на клетките на почти всички живи организми. В края на дихателната верига, който се среща в митохондрии, електроцентралите на клетките, АТФ (аденозин трифосфат) и вода (H2O) се произвеждат. АТФ съдържа запазената енергия, която може да се транспортира на кратки разстояния, която идва от дихателната верига и е на разположение за ендотермични или енергоемки метаболитни процеси.
Какво представлява дихателната верига?
ATP и вода се произвеждат в края на дихателната верига, което се случва през митохондрии, електроцентралите на клетките. Като част от клетъчното дишане, дихателната верига включва верига от последователни редокс реакции, електронодонорни и електронно-приемащи реакции, които се управляват каталитично от ензими. Цялостният силно екзотермичен процес, който съответства на изгарянето на водород да се вода (реакция на оксиводород), иначе би унищожила термично клетките или дори би ги накарала да експлодират. Дихателната верига се извършва във вътрешната мембрана на митохондрии в четири последователни окислително-възстановителни комплекса: Електроните, прехвърлени на следващия етап, отделят част от своята енергия. В същото време, благодарение на протоните (H +), освободени в пространството между вътрешната и външната мембрана (междумембранното пространство) на митохондриите, се натрупва протонен градиент. Протоните се опитват да мигрират от зоната на високо концентрация до зоната с ниска концентрация - в случая вътрешната мембрана. Това работи само във връзка с ензима АТФ синтаза, тунелен протеин. По време на преминаването през тунелния протеин протоните отделят енергия, която се превръща в АТФ в хода на окислителното фосфорилиране на ADP (аденозин дифосфат) и неорганични фосфат. АТФ служи като всемогъщ енергиен носител за почти всички енергоемки метаболитни процеси в организма. Когато енергията се използва в метаболитните процеси, тя се превръща обратно в ADP с екзотермично разцепване на a фосфат група.
Функция и задача
Дихателната верига има задачата и функцията, заедно с цитратния цикъл, който се среща и в митохондриите, да осигури на тялото използваема енергия в достатъчни количества. В крайна сметка процесите на разграждане на хранителните компоненти от групите вещества въглехидрати, мазнини и протеини олово в последната част от процесите на разграждане до дихателната верига, при които енергията, съдържаща се в хранителните компоненти, се предоставя на организма под формата на енергийно използваем АТФ. Основната полза за човешкия метаболизъм е, че химическата енергия, съдържаща се в хранителните компоненти, не се превръща изключително и неконтролируемо в топлинна енергия, а се съхранява под формата на АТФ. АТФ позволява на тялото да използва съхранената енергия по време и пространствено разпределени, ако е необходимо. Почти всички енергоемки метаболитни процеси разчитат на АТФ като доставчик на енергия. Дихателната верига се състои от четири така наречени комплекса (I, II, III, IV) и допълнително като последна стъпка фосфорилирането на ADP до ATP, което също се нарича комплекс V от някои автори. И в двете вериги за електронен трансфер I и II ензимните комплекси, свързани с убихинон, NAD / NADH (никотинамид аденин динуклеотид) и FAD (флавин аденин динуклеотид) играят важна роля. Процесите в комплекси III и IV също протичат с участието на убихинол или окисления убихинон и цитохром с оксидаза, които се окисляват до цитохром с. По същото време, кислород се редуцира до вода (H2O) с добавяне на 2 H + йони. Дихателната верига може да се разглежда като вид отворен цикъл, в който участващите ензимни катализатори непрекъснато се регенерират и се намесват наново в метаболитния цикъл. Това се оказва особено енергийно ефективно за метаболизма на организма и особено ефективно по отношение на използването на ресурси, поради перфектното рециклиране на биокатализаторите (ензими) участващи.
Болести и неразположения
Дихателната верига включва каскада от електронни трансфери, включващи много вещества и преди всичко сложни ензимни процеси в един вид биокаталитичен процес. Ако някой от тези процеси е нарушен, самата дихателна верига може да бъде нарушена или в краен случай напълно да бъде изключена.По принцип могат да възникнат редица генетични дефекти в хромозомния набор или генетични дефекти изключително в отделна митохондриална ДНК. Ако има митохондриален генетичен дефект, той може да произхожда изключително от майката, тъй като отделната митохондриална ДНК на мъжката се намира изключително в опашката на сперма, който обаче се отхвърля и екскретира, преди сперматозоидите да проникнат в яйцеклетката. Извън генетично обусловените смущения в хода на дихателната верига са възможни и придобити смущения, причинени например от естествени или изкуствени инхибитори на дихателната верига. Известни са редица вещества, които инхибират дихателната верига на определено място, така че дихателната верига е напълно прекъсната или функционира само неадекватно. Други вещества действат като така наречените разединители (протонофори), които карат окислителните стъпки да протичат много по-бързо и олово до увеличен кислород търсене. Тук също има естествени и изкуствени разделители. Някои антибиотици и фунгицидите, например, действат като инхибитори, някои от които атакуват комплекси I, II или III. The антибиотик олигомицин директно инхибира процеса на АТФ синтаза, което води до намален синтез на АТФ с намален кислород консумация. Кафявата мастна тъкан действа и като естествен разединител, който е в състояние да преобразува енергията директно в топлина без заобикаляне чрез АТФ. Дисфункцията в дихателната верига обикновено се проявява чрез намалена работоспособност, както и честа или постоянна умора и умора.
