Kā Elpošanas ķēde tiek saukta elektronu pārneses pakāpju (redoksreakciju) kaskāde gandrīz visu dzīvo lietu šūnās. Elpošanas ķēdes beigās, kas notiek mitohondrijos, tiek ražotas šūnu elektrostacijas, ATP (adenozīna trifosfāts) un ūdens (H2O). ATP satur konservētu enerģiju, ko var pārvadāt nelielos attālumos, kas nāk no elpošanas ķēdes un ir pieejama endotermiskajiem, t.i., enerģiju patērējošajiem vielmaiņas procesiem.
Kāda ir elpošanas ķēde?
Elpošanas ķēde kā daļa no šūnu elpošanas satur redoksreakciju ķēdi, kas notiek viena pēc otras, t.i., elektronus ziedojošas un elektronus pieņemošas reakcijas, kuras katalītiski kontrolē fermenti. Kopumā izteikti eksotermiskais process, kas atbilst ūdeņraža sadegšanai ūdenī (skābekļa ūdeņraža reakcija), citādi termiski iznīcina šūnas vai pat liek tām eksplodēt.
Elpošanas ķēde notiek mitohondriju iekšējā membrānā četros secīgos redoksa kompleksos: uz nākamo līmeni pārnestie elektroni katrs izdala daļu savas enerģijas. Tajā pašā laikā veidojas protonu gradients, pateicoties protoniem (H +), kas izdalās telpā starp mitohondriju iekšējo un ārējo membrānu (starpmembrānu telpa). Protoni mēģina migrēt no augstas koncentrācijas zonas uz zemas koncentrācijas zonu - šajā gadījumā iekšējo membrānu.
Tas darbojas tikai kopā ar fermentu ATP sintāzi, tuneļa proteīnu. Caur cauri tuneļa olbaltumvielām protoni atbrīvo enerģiju, kas ADP (adenozīndifosfāta) un neorganiskā fosfāta oksidatīvās fosforilēšanas laikā tiek pārveidota par ATP. ATP kalpo kā visvarens enerģijas nesējs gandrīz visiem enerģiju patērējošiem metabolisma procesiem organismā. Kad enerģija tiek izmantota vielmaiņas procesos, tā atkal tiek sadalīta ADP ar eksotermisku fosfātu grupas sadalīšanu.
Funkcija un uzdevums
Elpošanas ķēdei ir uzdevums un funkcija saistībā ar citronskābes ciklu, kas notiek arī mitohondrijās, lai nodrošinātu ķermeni ar pietiekamu izmantojamo enerģiju. Galu galā vielu grupu pārtikas sastāvdaļu sabrukšanas procesi ogļhidrāti, tauki un olbaltumvielas ieplūst elpošanas ķēdē sadalīšanās procesu pēdējā daļā, kurā pārtikas sastāvdaļās esošā enerģija ķermenim tiek padarīta pieejama enerģētiski izmantojama ATP veidā.
Galvenais ieguvums cilvēka metabolismam ir tas, ka pārtikas sastāvdaļās esošā ķīmiskā enerģija netiek pārveidota tikai un nekontrolējami siltumenerģijā, bet gan tiek uzglabāta ATP formā. ATP ļauj ķermenim izmantot uzkrāto enerģiju dažādos laikos un dažādās vietās pēc vajadzības. Gandrīz visi enerģiju patērējošie metabolisma procesi ir atkarīgi no ATP kā enerģijas piegādātāja.
Elpošanas ķēde sastāv no četriem tā saucamajiem kompleksiem (I, II, III, IV) un, visbeidzot, ADP fosforilēšana uz ATP, ko daži autori dēvē arī par V kompleksu. Abos elektronu pārneses ķēdēs I un II svarīga loma ir enzīmu kompleksiem saistībā ar ubihinonu, NAD / NADH (nikotinamīda adenīna dinukleotīds) un FAD (flavina adenīna dinukleotīds). Procesi III un IV kompleksā notiek arī, piedaloties ubihinolam vai oksidētajam ubihinonam un citohroma c oksidāzei, kas oksidējas par citohromu c. Tajā pašā laikā skābekli samazina līdz ūdenim (H2O), pievienojot 2 H + jonus.
Elpošanas ķēdi var uzskatīt par sava veida atvērtu ciklu, kurā iesaistītie fermentatīvie katalizatori atjaunojas un atkal iejaucas materiāla ciklā. Tas izrādās īpaši energoefektīvs ķermeņa metabolismam un īpaši efektīvs resursu izmantojuma ziņā, pateicoties perfektam iesaistīto biokatalizatoru (fermentu) pārstrādei.
Slimības un kaites
Elpošanas ķēdē ir elektronu pārneses kaskāde, kurā sava veida biokatalītiskajā procesā ir iesaistītas daudzas vielas un, pats galvenais, sarežģītie fermentatīvie procesi. Ja tiek traucēts kāds no šiem procesiem, var tikt traucēta pati elpošanas ķēde vai, ārkārtējos gadījumos, pilnīga apstāšanās.
Principā vairāki ģenētiski defekti var rasties arī hromosomu komplektā vai, kā arī ģenētiski defekti, tikai atsevišķā mitohondriju DNS. Ja ir mitohondriju ģenētiskais defekts, tas var nākt tikai no mātes, jo vīrieša atsevišķā mitohondriju DNS atrodas tikai spermas astē, kas tiek izbērta un izdalīta, pirms sperma iekļūst olšūnā.
Iegūti traucējumi ir iespējami arī papildus ģenētiski noteiktiem traucējumiem elpošanas ķēdes laikā. B. ko izraisa dabiski vai mākslīgi elpošanas ķēdes inhibitori. Ir zināmas vairākas vielas, kas noteiktā vietā kavē elpošanas ķēdi tā, ka elpošanas ķēde tiek pilnībā pārtraukta vai darbojas tikai nepietiekami. Citas vielas darbojas kā tā sauktie atdalītāji (protonofori), kuru dēļ oksidācijas posmi notiek ievērojami ātrāk un palielinās skābekļa pieprasījums. Arī šeit ir dabiski un mākslīgi atdalītāji.
Kā inhibitori z. B. dažas izmantotas antibiotikas un fungicīdi, piem. T. uzbrukums I, II vai III kompleksam. Antibiotikam oligomicīnam ir tieša inhibējoša iedarbība uz ATP sintāzes procesu, tāpēc notiek samazināta ATP sintēze ar samazinātu skābekļa patēriņu. Brūnie taukaudi darbojas arī kā dabisks atdalītājs, kas spēj enerģiju tieši pārveidot siltumā, neiziet cauri ATP. Funkcionālie traucējumi elpošanas ķēdē parasti ir pamanāmi samazinātas veiktspējas dēļ un bieža vai pastāvīga noguruma un izsīkuma dēļ.
