Chuỗi hô hấp

Như Chuỗi hô hấp là một chuỗi các bước chuyển điện tử (phản ứng oxy hóa khử) trong quá trình trao đổi chất của tế bào của hầu hết mọi sinh vật. Vào cuối chuỗi hô hấp, diễn ra trong ti thể, nhà máy điện của tế bào, ATP (adenosine triphosphate) và nước (H2O) được sản xuất. ATP chứa năng lượng bảo tồn có thể được vận chuyển trong khoảng cách ngắn, đến từ chuỗi hô hấp và có sẵn cho các quá trình trao đổi chất thu nhiệt, tức là tiêu thụ năng lượng.

Chuỗi hô hấp là gì?

Chuỗi hô hấp là một phần của quá trình hô hấp tế bào bao gồm một chuỗi các phản ứng oxy hóa khử diễn ra nối tiếp nhau, tức là các phản ứng cho và nhận điện tử, được điều khiển bởi các enzym. Quá trình tỏa nhiệt mạnh tổng thể, tương ứng với quá trình đốt cháy hydro thành nước (phản ứng oxyhydrogen), nếu không sẽ phá hủy nhiệt các tế bào hoặc thậm chí khiến chúng phát nổ.

Chuỗi hô hấp diễn ra ở màng trong của ti thể trong bốn phức hợp ôxy hóa khử kế tiếp nhau: các điện tử được chuyển sang cấp độ tiếp theo sẽ tỏa ra một phần năng lượng của chúng. Đồng thời, một gradient proton hình thành do các proton (H +) được giải phóng vào không gian giữa màng trong và màng ngoài (không gian giữa màng) của ti thể. Các proton cố gắng di chuyển từ vùng có nồng độ cao sang vùng có nồng độ thấp - trong trường hợp này là màng trong.

Điều này chỉ hoạt động cùng với enzyme ATP synthase, một protein đường hầm. Trong quá trình đi qua protein đường hầm, các proton giải phóng năng lượng, năng lượng này được chuyển thành ATP trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa ADP (adenosine diphosphate) và phosphate vô cơ. ATP đóng vai trò như một chất mang năng lượng toàn năng cho hầu hết các quá trình trao đổi chất tiêu tốn năng lượng trong cơ thể. Khi năng lượng được sử dụng trong quá trình trao đổi chất, nó lại bị phân hủy thành ADP với sự phân tách tỏa nhiệt của một nhóm photphat.

Chức năng & nhiệm vụ

Chuỗi hô hấp có nhiệm vụ và chức năng, liên quan đến chu trình axit xitric, cũng diễn ra trong ti thể, để cung cấp đủ năng lượng cho cơ thể. Cuối cùng, quá trình phân hủy các thành phần thực phẩm của các nhóm chất carbohydrate, chất béo và protein chảy vào chuỗi hô hấp trong phần cuối cùng của quá trình phân hủy, trong đó năng lượng chứa trong các thành phần thực phẩm được cung cấp cho cơ thể dưới dạng ATP có thể sử dụng được về mặt năng lượng.

Lợi ích chính cho quá trình trao đổi chất của con người là năng lượng hóa học có trong các thành phần thực phẩm không được chuyển đổi hoàn toàn và không kiểm soát thành nhiệt năng, mà nó được lưu trữ dưới dạng ATP. ATP cho phép cơ thể sử dụng năng lượng dự trữ ở những thời điểm khác nhau và ở những vị trí khác nhau theo yêu cầu. Hầu hết tất cả các quá trình trao đổi chất tiêu tốn năng lượng đều dựa vào ATP như một nhà cung cấp năng lượng.

Chuỗi hô hấp bao gồm bốn cái gọi là phức hợp (I, II, III, IV) và bước cuối cùng là sự phosphoryl hóa ADP thành ATP, mà một số tác giả còn gọi là phức hợp V. Phức hợp enzyme liên kết với ubiquinone, NAD / NADH (nicotinamide-adenine-dinucleotide) và FAD (flavin-adenine-dinucleotide) đóng một vai trò quan trọng trong hai chuỗi chuyển điện tử I và II. Các quá trình trong phức hợp III và IV cũng diễn ra với sự tham gia của ubiquinol hoặc ubiquinone bị oxy hóa và cytochrome c oxidase, sẽ oxy hóa thành cytochrome c. Đồng thời, oxy bị khử thành nước (H2O) với sự bổ sung của 2 ion H +.

Chuỗi hô hấp có thể được xem như một loại chu trình mở, trong đó các chất xúc tác của enzym tham gia tự tái tạo và can thiệp trở lại vào chu trình vật chất. Điều này hóa ra đặc biệt tiết kiệm năng lượng cho quá trình trao đổi chất của cơ thể và đặc biệt hiệu quả trong việc sử dụng các nguồn tài nguyên, do việc tái chế hoàn hảo các chất xúc tác sinh học (enzym) có liên quan.

Bệnh tật & ốm đau

Chuỗi hô hấp chứa một dòng chuyển điện tử trong đó nhiều chất và trên hết, các quá trình enzym phức tạp tham gia vào một loại quá trình xúc tác sinh học. Nếu một trong những quá trình này bị rối loạn, bản thân chuỗi hô hấp có thể bị rối loạn hoặc trong trường hợp nghiêm trọng, hoàn toàn ngừng hoạt động.

Về nguyên tắc, một số khiếm khuyết di truyền cũng có thể xảy ra trong bộ nhiễm sắc thể hoặc, cũng như các khiếm khuyết di truyền, chỉ xảy ra trong DNA ty thể riêng biệt. Nếu có một khiếm khuyết di truyền ty thể, nó chỉ có thể đến từ mẹ, bởi vì DNA ty thể riêng biệt của người đàn ông chỉ nằm ở đuôi của tinh trùng, bị loại bỏ và đào thải trước khi tinh trùng thâm nhập vào trứng.

Các rối loạn mắc phải cũng có thể xảy ra ngoài các rối loạn được xác định về mặt di truyền trong quá trình hô hấp. B. do chất ức chế tự nhiên hoặc nhân tạo của chuỗi hô hấp. Người ta đã biết một số chất có tác dụng ức chế chuỗi hô hấp tại một điểm xác định khiến chuỗi hô hấp bị gián đoạn hoàn toàn hoặc chỉ hoạt động kém hiệu quả. Các chất khác hoạt động như cái gọi là bộ tách (protonophores), làm cho các bước ôxy hóa diễn ra nhanh hơn đáng kể và dẫn đến tăng nhu cầu ôxy. Ở đây cũng vậy, có các bộ tách tự nhiên và nhân tạo.

Là chất ức chế z. B. một số thuốc kháng sinh và thuốc diệt nấm được sử dụng, ví dụ: T. tấn công vào phức hợp I, II hoặc III. Thuốc kháng sinh oligomycin có tác dụng ức chế trực tiếp quá trình tổng hợp ATP, do đó xảy ra giảm tổng hợp ATP kèm theo giảm tiêu thụ oxy. Mô mỡ nâu cũng hoạt động như một bộ tách tự nhiên, có thể chuyển đổi năng lượng trực tiếp thành nhiệt mà không cần thông qua ATP. Các rối loạn chức năng trong chuỗi hô hấp thường dễ nhận thấy thông qua việc giảm hiệu suất và mệt mỏi và mệt mỏi thường xuyên hoặc liên tục.