ما هي السلسلة التنفسية؟

تعريف

السلسلة التنفسية هي عملية لتوليد الطاقة في خلايا الجسم. ينضم إلى دورة حامض الستريك وهي الخطوة الأخيرة في تكسير السكر والدهون والبروتينات. تقع السلسلة التنفسية في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. في سلسلة الجهاز التنفسي ، معادلات الاختزال (NADH + H + و FADH2) التي تشكلت في هذه الأثناء تتأكسد مرة أخرى (يتم إطلاق الإلكترونات) ، حيث يمكن أن يتراكم التدرج البروتوني. يستخدم هذا في النهاية لتشكيل ناقل الطاقة العالمي ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). الأكسجين مطلوب أيضًا حتى تعمل السلسلة التنفسية تمامًا.

تسلسل السلسلة التنفسية

تم دمج السلسلة التنفسية في غشاء الميتوكوندريا الداخلي وتتكون من إجمالي خمسة مجمعات إنزيمية. يتبع من دورة حامض الستريك ، حيث يتم تكوين معادلات الاختزال NADH + H + و FADH2. تخزن مكافئات الاختزال هذه الطاقة مؤقتًا وتتأكسد مرة أخرى في السلسلة التنفسية. تحدث هذه العملية في أول مركبتي إنزيم في السلسلة التنفسية.

المجمع 1: يصل NADH + H + إلى المركب الأول (NADH ubiquinone oxidoreductase) ويطلق إلكترونين. في نفس الوقت ، يتم ضخ 4 بروتونات من حيز المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء.

المركب 2: يطلق FADH2 إلكترونين له في معقد الإنزيم الثاني (سكسينات - يوبيكوينون - أوكسيريدوكتاز) ، ولكن لا توجد بروتونات تدخل حيز الغشاء.

المركب 3: يتم تمرير الإلكترونات المنبعثة إلى مركب الإنزيم الثالث (يوبيكوينون سيتوكروم سي أوكسيدوروكتاز) ، حيث يتم ضخ بروتونات أخرى من حيز المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء.

المركب 4: في النهاية ، تصل الإلكترونات إلى المركب الرابع (السيتوكروم سي أوكسيديز). هنا يتم نقل الإلكترونات إلى الأكسجين (O2) ، بحيث يتم إنشاء الماء (H2O) مع بروتونين إضافيين. عند القيام بذلك ، يدخل بروتونان إلى الفضاء بين الغشاء مرة أخرى.

المجمع 5: تم الآن ضخ ما مجموعه ثمانية بروتونات من مساحة المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء. المطلب الأساسي لسلسلة نقل الإلكترون هو زيادة الكهربية لمركب الإنزيم. هذا يعني أن قدرة مجمعات الإنزيمات على جذب الإلكترونات السالبة تزداد قوة.
بالإضافة إلى المنتج النهائي الأول ، الماء ، تم بناء تدرج بروتوني في الفضاء بين الغشاء من خلال السلسلة التنفسية. هذا يخزن الطاقة المستخدمة لبناء ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). هذه هي وظيفة معقد الإنزيم الخامس والأخير (سينسيز ATP). يمتد المجمع الخامس على غشاء الميتوكوندريا مثل النفق. من خلال هذا ، مدفوعًا بالاختلاف في التركيز ، تتدفق البروتونات مرة أخرى إلى فضاء المصفوفة. ينتج عن ذلك ATP من ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) والفوسفات غير العضوي ، والذي يتوفر للكائن الحي بأكمله.

ماذا تفعل مضخة البروتون؟

مضخة البروتون هي خامس وآخر مركب إنزيم في السلسلة التنفسية. من خلال هذا ، تتدفق البروتونات عائدة من الفضاء بين الغشاء إلى مساحة المصفوفة. لا يمكن تحقيق ذلك إلا من خلال الاختلاف الذي تم تحديده مسبقًا في التركيز بين فضاءي التفاعل. تُستخدم الطاقة المخزنة في التدرج البروتوني لتخليق ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) في النهاية من الفوسفات و ADP.
ATP هو ناقل الطاقة العالمي للجسم وهو ضروري لمجموعة متنوعة من ردود الفعل. نظرًا لأنه يتم إنشاؤه في مضخة البروتون ، فإنه يُعرف أيضًا باسم سينسيز ATP.

توازن السلسلة التنفسية

المنتج النهائي الحاسم للسلسلة التنفسية هو ATP (أدينين ثلاثي الفوسفات) ، وهو ناقل عالمي للطاقة في الجسم. يتم تصنيع ATP بمساعدة التدرج البروتوني الذي ينشأ أثناء السلسلة التنفسية. تختلف كفاءة NADH + H + و FADH2. يتأكسد NADH + H + مرة أخرى إلى NAD + في سلسلة الجهاز التنفسي عند مجمع الإنزيم الأول ويضخ ما مجموعه 10 بروتونات في الفضاء بين الغشاء. عندما يتأكسد FADH2 ، يكون المحصول أقل لأنه يتم نقل 6 بروتونات فقط في الفضاء بين الغشاء. وذلك لأن FADH2 يتم إدخاله في السلسلة التنفسية في مركب الإنزيم الثاني وبالتالي يتجاوز المجمع الأول. من أجل تصنيع ATP ، يجب أن تتدفق 4 بروتونات عبر المجمع الخامس.
وبالتالي ، يتم إنتاج لكل NADH + H + 2.5 ATP (10/4 = 2.5) و لكل FADH2 1.5 ATP (6/4 = 1.5).
عندما يتم تكسير جزيء السكر عن طريق تحلل السكر ودورة حامض الستريك وسلسلة الجهاز التنفسي ، يمكن توليد 32 ATP كحد أقصى ، وهو متاح للكائن الحي.

ما هو الدور الذي تلعبه الميتوكوندريا؟

الميتوكوندريا هي عضيات خلوية توجد في الكائنات الحية الحيوانية والنباتية. تحدث عمليات طاقة مختلفة في الميتوكوندريا ، بما في ذلك سلسلة الجهاز التنفسي. نظرًا لأن السلسلة التنفسية هي العملية الحاسمة لتوليد الطاقة ، فإن الميتوكوندريا تسمى أيضًا "محطات توليد الطاقة في الخلية". لديهم غشاء مزدوج ، بحيث يتم إنشاء ما مجموعه اثنين من مسافات التفاعل المنفصلة. يوجد في الداخل مساحة المصفوفة والفضاء بين الغشاء بين الغشاءين. هذان الفراغان أساسيان لتدفق سلسلة الجهاز التنفسي. بهذه الطريقة فقط يمكن بناء تدرج بروتوني ، وهو أمر مهم لتخليق ATP.

اقرأ المزيد عن الموضوع في هذا المقال: هيكل الميتوكوندريا

ماذا يفعل السيانيد في السلسلة التنفسية؟

السيانيد سموم خطيرة ، بما في ذلك مركبات سيانيد الهيدروجين. إنهم قادرون على إيقاف سلسلة الجهاز التنفسي.
على وجه التحديد ، يرتبط السيانيد بحديد المركب الرابع من السلسلة التنفسية. نتيجة لذلك ، لم يعد بالإمكان نقل الإلكترونات إلى الأكسجين الجزيئي. نتيجة لذلك ، لم يعد بإمكان السلسلة التنفسية بأكملها العمل.
والنتيجة هي نقص في ناقل الطاقة ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) ويحدث ما يسمى ب "الاختناق الداخلي". تحدث أعراض مثل القيء وفقدان الوعي والتشنجات بسرعة كبيرة بعد التسمم بالسيانيد ، وإذا تركت دون علاج ، فإنها تؤدي إلى الموت السريع.

ما هو عيب السلسلة التنفسية؟

عيب السلسلة التنفسية هو مرض أيضي نادر يظهر غالبًا في مرحلة الطفولة. الأسباب هي تغييرات في المعلومات الجينية (DNA). الميتوكوندريا مقيدة في وظيفتها والسلسلة التنفسية لا تعمل بشكل صحيح. هذا ملحوظ بشكل خاص في الأعضاء التي تستهلك الكثير من الطاقة في شكل ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات).
الأعراض النموذجية ، على سبيل المثال ، آلام العضلات أو ضعف العضلات.
علاج هذا المرض صعب لأنه مرض وراثي. يجب التأكد من وجود إمدادات كافية من الطاقة (على سبيل المثال من خلال الجلوكوز). وإلا فإن علاج الأعراض البحتة مناسب.