מהי שרשרת הנשימה?

הַגדָרָה

שרשרת הנשימה היא תהליך לייצור אנרגיה בתאי גופנו. זה מצטרף למחזור חומצות לימון והוא השלב האחרון בפירוק סוכר, שומנים וחלבונים. שרשרת הנשימה ממוקמת בקרום הפנימי של המיטוכונדריה. בשרשרת הנשימה מתחמצן שוב מקבצי הפחתה (NADH + H + ו- FADH2) שנוצרו בינתיים (אלקטרונים מועברים), לפיהם ניתן לבנות שיפוע פרוטון. זה משמש בסופו של דבר ליצירת נשא האנרגיה האוניברסלי ATP (אדנוזין טריפוספט). כמו כן, נדרש חמצן על מנת שרשת הנשימה יכולה לפעול לחלוטין.

רצף שרשרת הנשימה

שרשרת הנשימה משולבת בקרום המיטוכונדריאלי הפנימי והיא מורכבת מכלל חמישה מתחמי אנזים. זה נמשך ממעגל חומצות לימון, בו נוצרות מקבילות הפחתה NADH + H + ו- FADH2. מקבילות הפחתה אלה אוגרות באופן זמני אנרגיה ומתחמצנות שוב בשרשרת הנשימה. תהליך זה מתרחש בשני מתחמי האנזים הראשונים בשרשרת הנשימה.

קומפלקס 1: NADH + H + מגיע למתחם הראשון (NADH ubiquinone oxidoreductase) ומשחרר שני אלקטרונים. במקביל, 4 פרוטונים נשאבים מחלל המטריצה ​​לחלל הבין-ממברני.

קומפלקס 2: FADH2 משחרר את שני האלקטרונים שלו במתחם האנזים השני (succinate-ubiquinone-oxidoreductase), אך שום פרוטונים לא נכנסים לחלל הבין-ממברני.

קומפלקס 3: האלקטרונים המשוחררים מועברים למתחם האנזים השלישי (ubiquinone cytochrome c oxidoreductase), שם מוזרמים עוד 2 פרוטונים מחלל המטריצה ​​לחלל הבינממברני.

קומפלקס 4: בסופו של דבר האלקטרונים מגיעים למתחם הרביעי (ציטוכרום c אוקסידאז). כאן מועברים האלקטרונים לחמצן (O2), כך שעם שני פרוטונים נוספים נוצר מים (H2O). בתהליך, שני פרוטונים נכנסים לחלל הבין ממברני שוב.

מתחם 5: בסך הכל הוזרמו כעת שמונה פרוטונים מחלל המטריצה ​​לחלל הבין-ממברני. הדרישה הבסיסית לשרשרת ההובלה האלקטרונית היא הגדלת האלקטרוניטיביות של קומפלקס האנזים. המשמעות היא שהיכולת של מתחמי האנזים למשוך אלקטרונים שליליים מתחזקת.
בנוסף למוצר הקצה הראשון, מים, נבנה שיפוע פרוטון בחלל הבין-ממברני דרך שרשרת הנשימה. זה מאחסן אנרגיה המשמשת לבניית ATP (אדנוזין טריפוספט). זהו תפקידו של מתחם האנזים החמישי והאחרון (ATP synthase). המתחם החמישי משתרע על הקרום המיטוכונדריאלי כמו מנהרה. באמצעות זה, מונע על ידי הפרש הריכוז, הפרוטונים זורמים חזרה לחלל המטריצה. זה יוצר ATP מ- ADP (אדנוזין דיפוספט) ופוספט אנאורגני, הזמין לאורגניזם כולו.

מה עושה משאבת הפרוטון?

משאבת הפרוטון היא קומפלקס האנזים החמישי והאחרון בשרשרת הנשימה. דרך זה הפרוטונים זורמים בחזרה החלל הבין-ממברני לחלל המטריצה. זה מתאפשר רק בגלל ההבדל שנקבע בעבר בריכוז בין שני מרחבי התגובה. האנרגיה המאוחסנת במפלס הפרוטון משמשת בסופו של דבר לסינתזה של ATP (אדנוזין טריפוספט) מפוספט ו- ADP.
ATP הנו נושא האנרגיה האוניברסלי בגופנו והוא חיוני למגוון תגובות. מכיוון שהוא נוצר במשאבת הפרוטון, הוא ידוע גם בשם ATP synthase.

איזון שרשרת הנשימה

התוצר הסופי המכריע של שרשרת הנשימה הוא ATP (אדנין טריפוספט), שהוא נשא אנרגיה אוניברסלי בגוף. ATP מסונתז בעזרת שיפוע פרוטון המתעורר במהלך שרשרת הנשימה. NADH + H + ו- FADH2 יעילים באופן שונה. NADH + H + מתחמצן בחזרה ל- NAD + בשרשרת הנשימה במתחם האנזים הראשון ושואב בסך הכל 10 פרוטונים לחלל הבין-ממברני. כאשר מתחמצן FADH2, התשואה נמוכה יותר, מכיוון שרק 6 פרוטונים מועברים לחלל הבין-ממברני. הסיבה לכך היא ש- FADH2 מוחדר לשרשרת הנשימה במתחם האנזים השני ובכך עוקף את המתחם הראשון. כדי לסנתז ATP, 4 פרוטונים צריכים לזרום במתחם החמישי.
כתוצאה מכך, לכל NADH + H + 2.5 ATP (10/4 = 2.5) ולכל FADH2 1.5 ATP (6/4 = 1.5) מיוצרים.
כאשר מפרקת מולקולת סוכר באמצעות גליקוליזה, מחזור חומצות לימון ושרשרת נשימה, ניתן ליצור מקסימום 32 ATP, העומד לרשות האורגניזם.

איזה תפקיד ממלאות המיטוכונדריה?

מיטוכונדריה הן אברוני תאים הנמצאים באורגניזמים של בעלי חיים וצמחים. תהליכי אנרגיה שונים מתרחשים במיטוכונדריה, כולל שרשרת הנשימה. מכיוון ששרשרת הנשימה היא התהליך המכריע לייצור אנרגיה, המיטוכונדריה נקראות גם "תחנות הכוח של התא". יש להם קרום כפול, כך שנוצרים בסך הכל שני מרחבי תגובה נפרדים. בפנים נמצא מרחב המטריצה ​​וחלל הבין-ממברנה בין שני הממברנות. שני מרחבים אלה הם בסיסיים לזרימת שרשרת הנשימה. רק בדרך זו ניתן לבנות שיפוע פרוטון, החשוב לסינתזת ATP.

קרא עוד על הנושא במאמר זה: מבנה המיטוכונדריה

מה עושה ציאניד בשרשרת הנשימה?

ציאנידים הם רעלים מסוכנים, כולל תרכובות של מימן ציאניד. הם מסוגלים להפסיק את שרשרת הנשימה.
באופן ספציפי, הציאניד נקשר לברזל של המתחם הרביעי של שרשרת הנשימה. כתוצאה מכך, כבר לא ניתן להעביר את האלקטרונים לחמצן מולקולרי. כתוצאה מכך, שרשרת הנשימה כולה כבר לא יכולה לרוץ.
התוצאה היא חוסר במקור האנרגיה ATP (אדנוזין טריפוספט) ומתרחש מה שמכונה "חנק פנימי". תסמינים כמו הקאות, חוסר הכרה והתכווצויות מתרחשים במהירות רבה לאחר הרעלת ציאניד, ואם הם לא מטופלים, הם מביאים למוות מהיר.

מהו מום בשרשרת הנשימה?

מום בשרשרת הנשימה הוא מחלה מטבולית נדירה שבאה לידי ביטוי לעתים קרובות בילדות. הסיבה לכך היא שינויים במידע הגנטי (DNA). המיטוכונדריה מוגבלות בתפקודם ושרשרת הנשימה אינה מתפקדת כראוי. זה בולט במיוחד באיברים הצורכים אנרגיה רבה בצורת ATP (אדנוזין טריפוספט).
תסמין אופייני הוא למשל כאבי שרירים או חולשת שרירים.
הטיפול במחלה זו קשה מכיוון שמדובר במחלה תורשתית. יש להבטיח שקיימת אספקת אנרגיה מספקת (למשל דרך גלוקוזה). אחרת טיפול סימפטומטי טהור מתאים.