Hingamisahel

Nagu Hingamisahel nimetatakse peaaegu kõigi elusolendite rakkude ainevahetuses toimuvat elektronide ülekandetappide (redoksreaktsioonide) kaskaadi. Hingamisahela lõpus, mis toimub mitokondrites, toodetakse rakkude elektrijaamu, ATP (adenosiintrifosfaat) ja vesi (H2O). ATP sisaldab konserveeritud energiat, mida saab transportida lühikese vahemaa tagant ja mis pärineb hingamisahelast ja on saadaval endotermilisteks, st energiat vajavateks ainevahetusprotsessideks.

Mis on hingamisahel?

Hingamisahel kui rakulise hingamise osa sisaldab üksteise järel toimuvate redoksreaktsioonide ahelat, s.o elektrone loovutavaid ja elektronide vastuvõtmise reaktsioone, mida ensüümid katalüütiliselt kontrollivad. Üldiselt tugevalt eksotermiline protsess, mis vastab vesiniku põlemisele veele (hapniku vesiniku reaktsioon), hävitaks muidu rakud termiliselt või põhjustaks nende isegi plahvatuse.

Hingamisahel toimub mitokondrite sisemembraanis neljas järjestikuses redokskompleksis: Järgmisele tasemele viidud elektronid eraldavad igaüks osa oma energiast. Samal ajal koguneb prootonite gradient tänu prootonitele (H +), mis eralduvad mitokondrite sisemise ja välimise membraani (membraanidevaheline ruum) vahelisse ruumi. Prootonid proovivad rännata kõrge kontsentratsiooniga piirkonnast madala kontsentratsiooniga alale - antud juhul sisemisele membraanile.

See toimib ainult koos ensüümi ATP süntaasiga, tunneli valguga. Tunnelvalgu kaudu läbimise ajal vabastavad prootonid energiat, mis muundatakse ADP (adenosiindifosfaat) ja anorgaanilise fosfaadi oksüdatiivse fosforüülimise käigus ATP-ks. ATP on kõikvõimas energiakandja peaaegu kõigi kehas toimuvate energiat tarbivate ainevahetusprotsesside jaoks. Kui energiat kasutatakse metaboolsetes protsessides, jaotatakse see taas ADP-ks, fosfaatrühma eksotermiliseks jaotamiseks.

Funktsioon ja ülesanne

Hingamisahelal on seoses sidrunhappe tsükliga, mis toimub ka mitokondrites, ülesanne ja funktsioon pakkuda kehale piisavalt tarbitavat energiat. Lõppkokkuvõttes voolavad ainegruppide toidukomponentide lagunemisprotsessid süsivesikud, rasvad ja valgud lagunemisprotsesside viimases osas hingamisahelasse, mille käigus toidukomponentide sisalduv energia tehakse kehale kättesaadavaks energeetiliselt kasutatava ATP kujul.

Inimese ainevahetuse peamine eelis on see, et toidukomponentide keemiline energia ei muundu eranditult ja kontrollimatult soojusenergiaks, vaid see säilitatakse ATP kujul. ATP võimaldab kehal kasutada salvestatud energiat vastavalt vajadusele erinevatel aegadel ja erinevates kohtades. Peaaegu kõik energiat tarbivad ainevahetusprotsessid sõltuvad energiatarnijast ATP-st.

Hingamisahel sisaldab nelja niinimetatud kompleksi (I, II, III, IV) ja viimase etapina ADP fosforüülimine ATP-ks, mida mõned autorid nimetavad ka kompleksiks V. Ensüümikompleksid seoses ubikinooniga, NAD / NADH (nikotiinamiidi-adeniin-dinukleotiid) ja FAD (flavin-adeniin-dinukleotiid) mängivad olulist rolli kahes elektronide ülekandeahelas I ja II. III ja IV kompleksi protsessid toimuvad ka ubikinooli või oksüdeeritud ubikinooni ja tsütokroom c oksüdaasi osalusel, mis oksüdeerub tsütokroomiks c. Samal ajal redutseeritakse hapnik veeks (H2O) 2 H + ioonide lisamisega.

Hingamisahelat võib vaadelda kui teatud tüüpi avatud tsüklit, milles osalevad ensümaatilised katalüsaatorid regenereeruvad ise ja sekkuvad uuesti materjalitsüklisse. See osutub organismi ainevahetuse jaoks eriti energiatõhusaks ja ressursside kasutamise seisukohast eriti tõhusaks tänu sellele kaasatud biokatalüsaatorite (ensüümide) täiuslikule ringlussevõtule.

Haigused ja tervisehäired

Hingamisahel sisaldab elektronide ülekande kaskaadi, milles paljud ained ja ennekõike keerulised ensümaatilised protsessid osalevad omamoodi biokatalüütilises protsessis. Kui üks neist protsessidest on häiritud, võib hingamisahel ise olla häiritud või äärmuslikel juhtudel täielikult seista.

Põhimõtteliselt võib kromosoomikomplektis või - nagu ka geneetiliste defektide korral - esineda mitmeid geneetilisi defekte üksnes eraldi mitokondriaalses DNA-s. Mitokondriaalse geneetilise defekti olemasolul võib see pärineda ainult emalt, sest mehe eraldi mitokondriaalne DNA on ainult sperma sabas, mis lükatakse tagasi ja eritub enne, kui sperma tungib munarakku.

Hingamisahela käigus geneetiliselt määratud häirete kõrval on võimalikud ka omandatud häired. B. põhjustatud hingamisahela looduslikest või kunstlikest inhibiitoritest. On teada hulk aineid, mis pärsivad hingamisahelat määratletud punktis, nii et hingamisahel katkeb täielikult või töötab ainult ebapiisavalt. Muud ained toimivad nn eraldajatena (protonofooridena), mis muudavad oksüdeerimisetapid märkimisväärselt kiiremaks ja põhjustavad suurenenud hapnikuvajadust. Ka siin on looduslikke ja kunstlikke tootjaid.

Inhibiitoritena z. B. mõned antibiootikumid ja fungitsiidid, nt T. rünnak I, II või III kompleksi vastu. Antibiootikumil oligomütsiinil on ATP süntaasi protsessi otsene pärssiv toime, nii et vähenenud hapniku tarbimisega väheneb ATP süntees. Pruun rasvkude toimib ka loodusliku eraldajana, mis on võimeline muundama energia otse soojuseks ilma ATP-d läbimata. Hingamisahela funktsionaalsed häired on tavaliselt märgatavad väiksema jõudluse ning sagedase või pideva väsimuse ja väsimuse kaudu.