Ademhalingsketen

Net zo Ademhalingsketen een cascade van elektronenoverdrachtsstappen (redoxreacties) in het metabolisme van de cellen van bijna alle levende wezens wordt genoemd. Aan het einde van de ademhalingsketen, die plaatsvindt in de mitochondriën, worden de energiecentrales van de cellen ATP (adenosinetrifosfaat) en water (H2O) geproduceerd. Het ATP bevat de opgeslagen energie die over korte afstanden kan worden getransporteerd, die afkomstig is van de ademhalingsketen en beschikbaar is voor endotherme, d.w.z. energiebehoevende stofwisselingsprocessen.

Wat is de ademhalingsketen?

De ademhalingsketen als onderdeel van celademhaling bevat een reeks redoxreacties die na elkaar plaatsvinden, d.w.z. elektronendonerende en elektronenaccepterende reacties die katalytisch worden aangestuurd door enzymen. Het algehele sterk exotherme proces, dat overeenkomt met de verbranding van waterstof in water (knalgasreactie), zou anders de cellen thermisch vernietigen of zelfs laten exploderen.

De ademhalingsketen vindt plaats in het binnenmembraan van de mitochondriën in vier opeenvolgende redoxcomplexen: De elektronen die naar het volgende niveau worden overgebracht, geven elk een deel van hun energie af. Tegelijkertijd bouwt zich een protongradiënt op door de protonen (H +) die vrijkomen in de ruimte tussen het binnenste en buitenste membraan (intermembraanruimte) van de mitochondriën. De protonen proberen te migreren van het gebied met hoge concentratie naar het gebied met lage concentratie - in dit geval het binnenmembraan.

Dit werkt alleen in combinatie met het enzym ATP-synthase, een tunneleiwit. Tijdens de passage door het tunneleiwit geven de protonen energie af, die wordt omgezet in ATP tijdens oxidatieve fosforylering van ADP (adenosinedifosfaat) en anorganisch fosfaat. Het ATP dient als een almachtige energiedrager voor bijna alle energieverbruikende stofwisselingsprocessen in het lichaam. Wanneer de energie wordt gebruikt in stofwisselingsprocessen, wordt het weer afgebroken tot ADP met exotherme afsplitsing van een fosfaatgroep.

Functie en taak

De ademhalingsketen heeft de taak en functie, in samenhang met de citroenzuurcyclus, die ook in de mitochondriën plaatsvindt, om het lichaam van voldoende bruikbare energie te voorzien. Uiteindelijk stromen afbraakprocessen van voedingscomponenten van de stofgroepen koolhydraten, vetten en eiwitten in de ademhalingsketen in het laatste deel van de afbraakprocessen, waarbij de energie in de voedingscomponenten in de vorm van energetisch bruikbaar ATP aan het lichaam ter beschikking wordt gesteld.

Het belangrijkste voordeel voor de menselijke stofwisseling is dat de chemische energie in de voedingscomponenten niet exclusief en ongecontroleerd wordt omgezet in warmte-energie, maar dat deze wordt opgeslagen in de vorm van ATP. Door de ATP kan het lichaam de opgeslagen energie op verschillende tijdstippen en op verschillende locaties gebruiken, zoals vereist. Bijna alle energieverbruikende stofwisselingsprocessen zijn afhankelijk van ATP als energieleverancier.

De ademhalingsketen omvat vier zogenaamde complexen (I, II, III, IV) en, als laatste stap, de fosforylering van ADP naar ATP, dat door sommige auteurs ook wel complex V wordt genoemd. Enzymcomplexen in verband met ubiquinon, NAD / NADH (nicotinamide-adenine-dinucleotide) en FAD (flavine-adenine-dinucleotide) spelen een belangrijke rol in de twee elektronenoverdrachtketens I en II. De processen in complexen III en IV vinden ook plaats met de deelname van ubiquinol of het geoxideerde ubiquinon en cytochroom c oxidase, dat oxideert tot cytochroom c. Tegelijkertijd wordt zuurstof gereduceerd tot water (H2O) door toevoeging van 2 H + -ionen.

De ademhalingsketen kan worden gezien als een soort open cyclus waarin de betrokken enzymatische katalysatoren zichzelf regenereren en weer ingrijpen in de materiaalkringloop. Dit blijkt bijzonder energiezuinig te zijn voor de stofwisseling van het lichaam en bijzonder efficiënt in het gebruik van hulpbronnen, dankzij de perfecte recycling van de betrokken biokatalysatoren (enzymen).

Ziekten en aandoeningen

De ademhalingsketen bevat een cascade van elektronenoverdrachten waarbij veel stoffen en vooral complexe enzymatische processen betrokken zijn bij een soort biokatalytisch proces. Als een van deze processen wordt verstoord, kan de ademhalingsketen zelf worden verstoord of in extreme gevallen volledig tot stilstand komen.

In principe kan een aantal genetische defecten ook voorkomen in de chromosoomset of, naast genetische defecten, uitsluitend in het afzonderlijke mitochondriale DNA. Als er een mitochondriaal genetisch defect is, kan dit alleen van de moeder komen, omdat het afzonderlijke mitochondriale DNA van de man zich alleen in de staart van het sperma bevindt, dat wordt afgestoten en uitgescheiden voordat het sperma het ei binnendringt.

Naast genetisch bepaalde aandoeningen in het verloop van de ademhalingsketen zijn ook verworven aandoeningen mogelijk. B. veroorzaakt door natuurlijke of kunstmatige remmers van de ademhalingsketen. Er zijn een aantal stoffen bekend die de ademhalingsketen op een bepaald punt remmen waardoor de ademhalingsketen volledig onderbroken wordt of slechts onvoldoende functioneert. Andere stoffen werken als zogenaamde ontkoppelaars (protonoforen), waardoor de oxidatiestappen aanzienlijk sneller verlopen en er een verhoogde zuurstofbehoefte ontstaat. Ook hier zijn er natuurlijke en kunstmatige ontkoppelaars.

Als remmers z. B. sommige antibiotica en fungiciden die b.v. T. aanval op complexen I, II of III. Het antibioticum oligomycine heeft een direct remmend effect op het proces van ATP-synthase, waardoor een verminderde ATP-synthese met verminderd zuurstofverbruik optreedt. Het bruine vetweefsel fungeert ook als een natuurlijke ontkoppelaar, die de energie direct in warmte kan omzetten zonder door ATP te gaan. Functionele stoornissen in de ademhalingsketen zijn meestal merkbaar door verminderde prestaties en door frequente of constante vermoeidheid en vermoeidheid.