שרשרת הנשימה: פונקציה, תפקיד ומחלות

שרשרת הנשימה היא השם שניתן למפל שלבים להעברת אלקטרונים (תגובות חיזור) בחילוף החומרים של התאים של כמעט כל האורגניזמים החיים. בקצה שרשרת הנשימה, המתרחשת ב המיטוכונדריה, מעצמות התאים, ATP (אדנוזין טריפוספט) ו מַיִם (H2O) מיוצרים. ATP מכיל את האנרגיה השמורה שניתן להעביר למרחקים קצרים, שמגיעה משרשרת הנשימה והיא זמינה לתהליכים מטבוליים אנדותרמיים, או הדורשים אנרגיה.

מהי שרשרת הנשימה?

ATP ו- מַיִם מיוצרים בקצה שרשרת הנשימה, המתרחשת ב המיטוכונדריה, תחנות הכוח של התאים. כחלק מהנשימה התאית, שרשרת הנשימה כוללת שרשרת רצף תגובות חיזור, תגובות תורמות אלקטרונים ומקבלות אלקטרונים הנשלטות על ידי קטליטית אנזימים. התהליך האקסותרמי ביותר הכולל, המתאים לבעירה של הידרוגנציה ל מַיִם (תגובת oxyhydrogen), אחרת יהרוס תרמית את התאים או אפילו יגרום להם להתפוצץ. שרשרת הנשימה מתרחשת בקרום הפנימי של המיטוכונדריה בארבעה מתחמי חמצון עוקבים: האלקטרונים המועברים לשלב הבא כל אחד משחרר חלק מהאנרגיה שלהם. במקביל, בגלל הפרוטונים (H +) המשוחררים לחלל שבין הקרום הפנימי והחיצוני (חלל בין-ממברני) של המיטוכונדריה, מצטבר שיפוע פרוטון. הפרוטונים מנסים לנדוד מאזור הגבוה ריכוז לאזור הריכוז הנמוך - במקרה זה הקרום הפנימי. זה עובד רק בשילוב עם האנזים ATP synthase, חלבון מנהרה. במהלך המעבר דרך חלבון המנהרה, הפרוטונים משחררים אנרגיה, אשר מומרת ל- ATP במהלך זרחון חמצוני של ADP (אדנוזין דיפוספט) ואורגני פוספט. ATP משמש כמוביל אנרגיה כל יכול כמעט לכל התהליכים המטבוליים הגוזלים אנרגיה בגוף. כאשר משתמשים באנרגיה בתהליכים מטבוליים, היא מומרת חזרה ל- ADP עם מחשוף אקסותרמי של a פוספט קבוצה.

פונקציה ומשימה

לשרשרת הנשימה יש את המשימה והתפקיד, בשילוב עם מחזור הציטראט המתרחש גם במיטוכונדריה, לספק לגוף אנרגיה שמישה בכמויות מספקות. בסופו של דבר, תהליכי השפלה של רכיבי מזון מקבוצות החומרים פחמימות, שומנים ו חלבונים עוֹפֶרֶת בחלק האחרון של תהליכי ההשפלה לשרשרת הנשימה, בהם האנרגיה הכלולה ברכיבי המזון מוגשת לגוף בצורה של ATP שמיש אנרגטית. היתרון העיקרי לחילוף החומרים האנושי הוא שהאנרגיה הכימית הכלולה במרכיבי המזון אינה מומרת באופן בלעדי ובלתי נשלט לאנרגיית חום, אלא מאוחסנת בצורה של ATP. ה- ATP מאפשר לגוף להשתמש באנרגיה המאוחסנת באופן מדומה באופן זמני ומרחבי לפי הצורך. כמעט כל התהליכים המטבוליים הצורכים אנרגיה מסתמכים על ATP כספקית אנרגיה. שרשרת הנשימה כוללת ארבעה קומפלקסים כביכול (I, II, III, IV) ובנוסף כצעד האחרון הזרחון של ADP ל- ATP, המכונה גם מורכב V על ידי כמה מחברים. בשתי שרשראות העברת האלקטרונים I ו- II, מתחמי אנזים הקשורים לאוביקווינון, NAD / NADH (ניקוטינמיד אדנין דינוקלאוטיד) ו- FAD (פלבין אדנין דינוקליאוטיד) ממלאים תפקיד חשוב. התהליכים במתחמים III ו- IV מתרחשים גם בהשתתפות יוביקווינול או יוביקווינון מחומצן וציטוכרום c אוקסידאז, המחמצן לציטוכרום ג. באותו הזמן, חמצן מצטמצם למים (H2O) בתוספת 2 יונים H +. ניתן להתייחס לשרשרת הנשימה כמעין מחזור פתוח בו הזרזים האנזימטיים המעורבים מתחדשים כל הזמן ומתערבים מחדש במחזור החילוף החומרים. זה מתגלה כחסכוני במיוחד לחילוף החומרים בגוף ויעיל במיוחד ביחס לשימוש במשאבים, עקב מיחזור מושלם של הביו-קטליסטים (אנזימים) מעורב.

מחלות ומחלות

שרשרת הנשימה כוללת מפל של העברות אלקטרונים הכוללים חומרים רבים ובעיקר תהליכים אנזימטיים מורכבים במעין תהליך ביו-קטליטי. אם אחד מתהליכים אלה מופרע, שרשרת הנשימה עצמה יכולה להיות משובשת או, במקרים קיצוניים, להיסגר לחלוטין. באופן עקרוני, מספר פגמים גנטיים יכולים להתרחש גם במערך הכרומוזום או כמו גם פגמים גנטיים באופן בלעדי DNA מיטוכונדריאלי נפרד. אם יש פגם גנטי מיטוכונדריאלי, הוא יכול לנבוע אך ורק מהאם, מכיוון שה- DNA המיטוכונדריאלי הנפרד של הזכר ממוקם אך ורק בזנב של זרע, אשר, עם זאת, נדחה ומופרש לפני שהזרע חודר לביצה. מעבר להפרעות שנקבעו גנטית במהלך שרשרת הנשימה, יתכן והפרעות נרכשות נגרמות, למשל, על ידי מעכבים טבעיים או מלאכותיים של שרשרת הנשימה. ידוע על מספר חומרים המעכבים את שרשרת הנשימה באתר מוגדר, כך שרשרת הנשימה מופרעת לחלוטין או מתפקדת רק באופן בלתי הולם. חומרים אחרים פועלים כקובעי מצמד (פרוטונופורים) כביכול, הגורמים לצעדי החמצון להתקדם הרבה יותר מהר ו עוֹפֶרֶת לעלייה חמצן דרש. גם כאן ישנם מפרידים טבעיים ומלאכותיים. כמה אַנְטִיבִּיוֹטִיקָה וקוטלי פטריות, למשל, פועלים כמעכבים שחלקם תוקפים את מתחמי I, II או III. ה אנטיביוטי אוליגומיצין מעכב ישירות את תהליך הסינתזה של ATP, וכתוצאה מכך מופחת סינתזת ATP עם מופחת חמצן צְרִיכָה. רקמת השומן החומה פועלת גם כמצמד טבעי, המסוגל להמיר אנרגיה ישירות לחום ללא עקיפה באמצעות ATP. תפקוד לקוי בשרשרת הנשימה מתבטא בדרך כלל בירידה בביצועים, כמו גם בתדירות גבוהה או קבועה עייפות ועייפות.