De ademhalingsketen is de naam die wordt gegeven aan een cascade van elektronenoverdrachtsstappen (redoxreacties) in het metabolisme van de cellen van bijna alle levende organismen. Aan het einde van de ademhalingsketen, die optreedt in de mitochondria, de krachtpatsers van cellen, ATP (adenosine trifosfaat) en water (H2O) worden geproduceerd. ATP bevat de geconserveerde energie die over korte afstanden kan worden getransporteerd, die afkomstig is van de ademhalingsketen en beschikbaar is voor endotherme of energie-vereisende stofwisselingsprocessen.
Wat is de ademhalingsketen?
ATP en water worden geproduceerd aan het einde van de ademhalingsketen, die optreedt in mitochondria, de krachtpatsers van cellen. Als onderdeel van cellulaire ademhaling omvat de ademhalingsketen een opeenvolgende keten redoxreacties, elektronendonerende en elektronenaccepterende reacties die katalytisch worden gecontroleerd door enzymen Het algehele sterk exotherme proces, dat overeenkomt met de verbranding van waterstof naar water (knalgasreactie), zou anders de cellen thermisch vernietigen of zelfs laten exploderen. De ademhalingsketen vindt plaats in het binnenmembraan van de mitochondria in vier opeenvolgende redoxcomplexen: De elektronen die naar de volgende fase worden overgebracht, geven elk een deel van hun energie vrij. Tegelijkertijd bouwt zich door de protonen (H +) die vrijkomen in de ruimte tussen het binnen- en buitenmembraan (intermembraanruimte) van de mitochondriën een protongradiënt op. De protonen proberen te migreren vanuit het gebied van hoog 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 de oxidatieve fosforylering van ADP (adenosine difosfaat) en anorganisch fosfaat ATP dient als een almachtige energiedrager voor bijna alle energieverbruikende stofwisselingsprocessen in het lichaam. Wanneer energie wordt gebruikt in metabolische processen, wordt het weer omgezet in ADP met exotherme splitsing van a fosfaat groep.
Functie en taak
De ademhalingsketen heeft de taak en functie, in combinatie met de citraatcyclus die ook in de mitochondriën plaatsvindt, om het lichaam in voldoende hoeveelheden van bruikbare energie te voorzien. Uiteindelijk afbraakprocessen van voedingscomponenten van de stofgroepen koolhydraten, vetten en eiwitten leiden in het laatste deel van de afbraakprocessen naar de ademhalingsketen, waarbij de energie in de voedingscomponenten ter beschikking wordt gesteld van het lichaam in de vorm van energetisch bruikbaar ATP. Het belangrijkste voordeel voor de menselijke stofwisseling is dat de chemische energie in de voedingscomponenten niet uitsluitend en oncontroleerbaar wordt omgezet in warmte-energie, maar wordt opgeslagen in de vorm van ATP. De ATP stelt het lichaam in staat om de opgeslagen energie op een tijdelijke en ruimtelijk gespreide manier te gebruiken als dat nodig is. Bijna alle energieverbruikende stofwisselingsprocessen zijn afhankelijk van ATP als energieleverancier. De ademhalingsketen omvat vier zogenaamde complexen (I, II, III, IV) en daarnaast als laatste stap de fosforylering van ADP naar ATP, dat door sommige auteurs ook wel complex V wordt genoemd. In beide elektronenoverdrachtketens I en II spelen enzymcomplexen gerelateerd aan ubiquinon, NAD / NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) en FAD (flavine adenine dinucleotide) een belangrijke rol. De processen bij 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, zuurstof wordt gereduceerd tot water (H2O) met de toevoeging van 2 H + -ionen. De ademhalingsketen kan worden beschouwd als een soort open cyclus waarin de betrokken enzymatische katalysatoren voortdurend regenereren en opnieuw ingrijpen in de metabole cyclus. Dit blijkt bijzonder energiezuinig te zijn voor de stofwisseling van het lichaam en bijzonder efficiënt met betrekking tot het gebruik van hulpbronnen, dankzij de perfecte recycling van de biokatalysatoren (enzymen) betrokken.
Ziekten en kwalen
De ademhalingsketen omvat een cascade van elektronenoverdrachten waarbij veel stoffen betrokken zijn en vooral complexe enzymatische processen in een soort biokatalytisch proces. Als een van deze processen wordt verstoord, kan de ademhalingsketen zelf worden verstoord of, in extreme gevallen, volledig worden uitgeschakeld. In principe kunnen ook een aantal genetische defecten optreden in de chromosoomset of naast genetische defecten uitsluitend in de afzonderlijk mitochondriaal DNA. Als er een mitochondriaal genetisch defect is, kan dit uitsluitend van de moeder afkomstig zijn, omdat het afzonderlijke mitochondriale DNA van de man zich uitsluitend in de staart van de sperma, die echter wordt afgestoten en uitgescheiden voordat het sperma de eicel binnendringt. Naast genetisch bepaalde stoornissen in het verloop van de ademhalingsketen zijn ook verworven stoornissen mogelijk, bijvoorbeeld veroorzaakt door natuurlijke of kunstmatige remmers van de ademhalingsketen. Er zijn een aantal stoffen bekend die de ademhalingsketen op een bepaalde plaats remmen, waardoor de ademhalingsketen volledig wordt onderbroken of slechts onvoldoende functioneert. Andere stoffen werken als zogenaamde ontkoppelaars (protonoforen), waardoor de oxidatiestappen veel sneller verlopen en leiden tot een toegenomen zuurstof vraag naar. Ook hier zijn er natuurlijke en kunstmatige ontkoppelaars. Sommige antibiotica en fungiciden werken bijvoorbeeld als remmers, waarvan sommige de complexen I, II of III aantasten. De antibioticum oligomycine remt direct het ATP-synthaseproces, wat resulteert in verminderde ATP-synthese met verminderde zuurstof consumptie. Bruin vetweefsel fungeert ook als een natuurlijke ontkoppelaar, die in staat is om energie direct om te zetten in warmte zonder omweg via ATP. Een disfunctie in de ademhalingsketen komt meestal tot uiting in verminderde prestaties en is ook frequent of constant 피로 en vermoeidheid.
