Dihalna veriga je ime, ki je dobilo kaskado korakov prenosa elektronov (redoks reakcije) v presnovi celic skoraj vseh živih organizmov. Na koncu dihalne verige, ki se pojavi v mitohondriji, elektrarne celic, ATP (adenozin trifosfat) in vode (H2O). ATP vsebuje ohranjeno energijo, ki jo je mogoče prenašati na kratke razdalje, ki prihaja iz dihalne verige in je na voljo za endotermne ali energetsko potrebne presnovne procese.
Kaj je dihalna veriga?
ATP in vode nastajajo na koncu dihalne verige, ki se pojavi v mitohondriji, elektrarne celic. Kot del celičnega dihanja dihalna veriga vključuje zaporedno verigo redoks reakcije, reakcije darovanja in sprejemanja elektronov, ki jih katalitično nadzira encimi. Celoten zelo eksotermni proces, ki ustreza zgorevanju vodik do vode (reakcija kisika), bi sicer toplotno uničile celice ali celo povzročile njihovo eksplozijo. Dihalna veriga poteka v notranji membrani mitohondriji v štirih zaporednih redoks-kompleksih: Elektroni, ki se prenesejo v naslednjo stopnjo, sprostijo del svoje energije. Hkrati se zaradi protonov (H +), ki se sproščajo v prostor med notranjo in zunanjo membrano (medmembranski prostor) mitohondrijev, gradi protonski gradient. Protoni poskušajo migrirati z območja visoke koncentracija na območje nizke koncentracije - v tem primeru notranje membrane. To deluje le v povezavi z encimom ATP sintazo, tunelsko beljakovino. Med prehodom skozi tunelski protein beljakovine sproščajo energijo, ki se med oksidativno fosforilacijo ADP pretvori v ATP (adenozin difosfat) in anorganske fosfat. ATP služi kot vsemogočen nosilec energije za skoraj vse presnovne procese, ki porabijo energijo v telesu. Ko se energija uporablja v presnovnih procesih, se pretvori nazaj v ADP z eksotermnim cepljenjem a fosfat skupina.
Funkcija in naloga
Dihalna veriga ima nalogo in funkcijo, da v povezavi s citratnim ciklusom, ki se pojavlja tudi v mitohondrijih, telesu zagotovi zadostno količino uporabne energije. Na koncu postopki razgradnje sestavin živil v skupinah snovi ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovin vodi v zadnjem delu razgradnih procesov na dihalno verigo, pri katerem je energija, ki jo vsebujejo sestavine hrane, telesu na voljo v obliki energetsko uporabnega ATP. Glavna korist za človeški metabolizem je, da se kemična energija, ki jo vsebujejo sestavine živil, ne izključno in nenadzorovano pretvori v toplotno energijo, temveč se shrani v obliki ATP. ATP omogoča telesu, da shrani shranjeno energijo časovno in prostorsko razporejeno po potrebi. Skoraj vsi presnovni procesi, ki porabijo energijo, se zanašajo na ATP kot dobavitelja energije. Dihalna veriga obsega štiri tako imenovane komplekse (I, II, III, IV), poleg tega pa še zadnji korak fosforilacija ADP v ATP, ki ga nekateri avtorji imenujejo tudi kompleks V. V obeh verigah za prenos elektronov I in II igrajo pomembno vlogo encimski kompleksi, povezani z ubikinonom, NAD / NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) in FAD (flavin adenin dinukleotid). Procesi v kompleksih III in IV se pojavljajo tudi s sodelovanjem ubikinol ali oksidiranega ubikinona in citokrom c oksidaze, ki oksidira v citokrom c. Ob istem času, kisik se z dodatkom 2 H + ionov reducira v vodo (H2O). Dihalno verigo lahko obravnavamo kot nekakšen odprt cikel, v katerem se vključeni encimski katalizatorji nenehno obnavljajo in na novo posegajo v presnovni cikel. Izkazalo se je, da je zaradi popolnega recikliranja biokatalizatorjev še posebej energetsko učinkovito za presnovo v telesu in še posebej učinkovito pri rabi virov (encimi) vključeni.
Bolezni in bolezni
Dihalna veriga vključuje kaskado prenosa elektronov, ki vključuje številne snovi in predvsem zapletene encimske procese v nekakšnem biokatalitskem procesu. Če je kateri koli od teh procesov moten, se lahko dihalna veriga sama moti ali v skrajnih primerih popolnoma zaustavi.Načeloma se lahko v kromosomskem naboru pojavijo tudi številne genetske okvare ali pa tudi genetske okvare izključno v ločena mitohondrijska DNA. Če gre za mitohondrijsko genetsko napako, lahko izvira izključno od matere, ker je ločena mitohondrijska DNA samca izključno v repu sperme, ki pa se zavrne in izloči, preden sperma prodre v jajčece. Poleg genetsko pogojenih motenj v dihalni verigi so možne tudi pridobljene motnje, ki jih povzročajo na primer naravni ali umetni zaviralci dihalne verige. Znanih je več snovi, ki zavirajo dihalno verigo na določenem mestu, tako da je dihalna veriga popolnoma prekinjena ali deluje le neustrezno. Druge snovi delujejo kot tako imenovani ločevalniki (protonoforji), ki povzročajo, da oksidacijski koraki potekajo veliko hitreje in vodi na povečano kisik povpraševanje. Tudi tu obstajajo naravni in umetni ločevalniki. Nekateri antibiotiki in fungicidi na primer delujejo kot zaviralci, od katerih nekateri napadajo komplekse I, II ali III. The antibiotik oligomicin neposredno zavira proces sinteze ATP, kar ima za posledico zmanjšano sintezo ATP z zmanjšano kisik poraba. Rjavo maščobno tkivo deluje tudi kot naravni odklopnik, ki lahko energijo neposredno prek ATP pretvori v toploto brez obvoza. Motnje v dihalni verigi se običajno kažejo z zmanjšanjem zmogljivosti, pa tudi pogostimi ali stalnimi utrujenost in utrujenost.
