Gibi Solunum zinciri hemen hemen tüm canlıların hücrelerinin metabolizmasındaki bir elektron transfer aşamaları (redoks reaksiyonları) olarak adlandırılır. Mitokondride yer alan solunum zincirinin sonunda hücrelerin enerji santralleri ATP (adenozin trifosfat) ve su (H2O) üretilir. ATP, solunum zincirinden gelen ve endotermik yani enerji gerektiren metabolik süreçler için mevcut olan kısa mesafelerde taşınabilen korunmuş enerjiyi içerir.
Solunum zinciri nedir?
Hücresel solunumun bir parçası olarak solunum zinciri, birbiri ardına gerçekleşen bir redoks reaksiyonları zincirini içerir, yani enzimler tarafından katalitik olarak kontrol edilen elektron veren ve elektron kabul eden reaksiyonlar. Hidrojenin suya yanmasına (oksihidrojen reaksiyonu) karşılık gelen genel güçlü ekzotermik süreç, aksi takdirde hücreleri termal olarak tahrip eder ve hatta patlamalarına neden olur.
Solunum zinciri, mitokondrinin iç zarında birbirini takip eden dört redoks kompleksi halinde gerçekleşir: Bir sonraki seviyeye aktarılan elektronların her biri enerjilerinin bir kısmını verir. Aynı zamanda, mitokondrinin iç ve dış zarı (zarlar arası boşluk) arasındaki boşluğa salınan protonlar (H +) nedeniyle bir proton gradyanı oluşur. Protonlar yüksek konsantrasyon alanından düşük konsantrasyon alanına - bu durumda iç zar - göç etmeye çalışır.
Bu yalnızca bir tünel proteini olan ATP sentaz enzimi ile birlikte çalışır. Tünel proteininden geçiş sırasında, protonlar enerji verirler, bu enerji ADP'nin (adenosin difosfat) ve inorganik fosfatın oksidatif fosforilasyonu sırasında ATP'ye dönüştürülür. ATP, vücuttaki neredeyse tüm enerji tüketen metabolik süreçler için her şeye gücü yeten bir enerji taşıyıcısı olarak hizmet eder. Enerji metabolik işlemlerde kullanıldığında, bir fosfat grubunun ekzotermik ayrılmasıyla tekrar ADP'ye parçalanır.
İşlev ve görev
Solunum zinciri, vücuda yeterli kullanılabilir enerji sağlamak için mitokondride de yer alan sitrik asit döngüsü ile bağlantılı olarak görev ve işleve sahiptir. Sonuçta karbonhidrat, yağ ve protein madde gruplarının gıda bileşenlerinin parçalanma süreçleri, besin bileşenlerinde bulunan enerjinin vücuda enerjik olarak kullanılabilir ATP şeklinde sunulduğu parçalanma süreçlerinin son bölümünde solunum zincirine akar.
İnsan metabolizması için temel fayda, gıda bileşenlerinde bulunan kimyasal enerjinin münhasıran ve kontrolsüz bir şekilde ısı enerjisine dönüştürülmemesi, ATP şeklinde depolanmasıdır. ATP, vücudun depolanan enerjiyi farklı zamanlarda ve farklı yerlerde gerektiği gibi kullanmasına izin verir. Neredeyse tüm enerji tüketen metabolik süreçler, enerji tedarikçisi olarak ATP'ye güvenir.
Solunum zinciri, dört sözde kompleksi (I, II, III, IV) ve son adım olarak, ADP'nin ATP'ye fosforilasyonunu içerir, bazı yazarların da kompleks V olarak adlandırdığı. Hem elektron transfer zincirleri I hem de II'de ubikinon, NAD / NADH (nikotinamid adenin dinükleotid) ve FAD (flavin adenin dinükleotid) ile bağlantılı enzim kompleksleri önemli bir rol oynar. III ve IV komplekslerindeki işlemler, ubikinol veya sitokrom c'ye oksitlenen oksitlenmiş ubikinon ve sitokrom c oksidazın katılımıyla da gerçekleşir. Aynı zamanda 2 H + iyonu ilavesiyle oksijen suya (H2O) indirgenir.
Solunum zinciri, içerdiği enzimatik katalizörlerin kendilerini yeniledikleri ve malzeme döngüsüne yeniden müdahale ettikleri bir tür açık döngü olarak görülebilir. Bu, vücut metabolizması için özellikle enerji verimli ve ilgili biyokatalizörlerin (enzimler) mükemmel bir şekilde geri dönüştürülmesinden dolayı kaynakların kullanımı açısından özellikle verimli olduğu ortaya çıkıyor.
Hastalıklar ve rahatsızlıklar
Solunum zinciri, birçok maddenin ve her şeyden önce karmaşık enzimatik işlemlerin bir tür biyokatalitik sürece dahil olduğu bir dizi elektron transferi içerir. Bu işlemlerden biri bozulursa, solunum zincirinin kendisi bozulabilir veya aşırı durumlarda tamamen durabilir.
Prensip olarak, kromozom setinde veya yalnızca ayrı mitokondriyal DNA'da genetik kusurların yanı sıra bir dizi genetik kusur da meydana gelebilir. Mitokondriyal genetik bir kusur varsa, bu ancak anneden gelebilir, çünkü erkeğin ayrı mitokondriyal DNA'sı sadece spermin kuyruğunda bulunur ve sperm yumurtaya girmeden önce reddedilir ve atılır.
Solunum zincirinin seyrinde genetik nedenli bozuklukların ötesinde edinilmiş bozukluklar da mümkündür. B. solunum zincirinin doğal veya yapay inhibitörlerinin neden olduğu. Solunum zincirini belirli bir noktada inhibe eden ve böylece solunum zincirinin tamamen kesintiye uğramasına veya sadece yetersiz çalışmasına neden olan bir dizi madde bilinmektedir. Diğer maddeler, oksidasyon adımlarının önemli ölçüde daha hızlı çalışmasını sağlayan ve oksijen talebinin artmasına neden olan sözde ayırıcılar (protonoforlar) olarak işlev görür. Burada da doğal ve yapay ayırıcılar var.
İnhibitörler olarak z. B. kullanılan bazı antibiyotikler ve mantar öldürücüler, ör. T. I, II veya III komplekslerine saldırı. Antibiyotik oligomisin, ATP sentaz prosesi üzerinde doğrudan inhibe edici bir etkiye sahiptir, böylece azaltılmış oksijen tüketimi ile azaltılmış bir ATP sentezi meydana gelir. Kahverengi yağ dokusu aynı zamanda, enerjiyi ATP'den geçmeden doğrudan ısıya dönüştürebilen doğal bir ayırıcı görevi görür. Solunum zincirindeki fonksiyonel bozukluklar, genellikle düşük performans ve sık veya sürekli yorgunluk ve bitkinlikle fark edilir.
