Rantai Pernafasan: Fungsi, Peranan & Penyakit

Rantai pernafasan adalah nama yang diberikan kepada lata langkah pemindahan elektron (tindak balas redoks) dalam metabolisme sel hampir semua organisma hidup. Pada akhir rantai pernafasan, yang berlaku di mitokondria, pusat kuasa sel, ATP (trifosfat trifosfat) dan air (H2O) dihasilkan. ATP mengandungi tenaga terpelihara yang dapat diangkut dalam jarak dekat, yang berasal dari rantai pernafasan dan tersedia untuk proses metabolik endotermik, atau memerlukan tenaga.

Apakah rantai pernafasan?

ATP dan air dihasilkan di hujung rantai pernafasan, yang berlaku di mitokondria, pusat kuasa sel. Sebagai sebahagian daripada pernafasan selular, rantai pernafasan melibatkan rantai urutan tindak balas redoks, tindak balas pendermaan elektron dan penerimaan elektron yang secara pemangkin dikawal oleh enzim. Proses keseluruhan eksotermik, yang sesuai dengan pembakaran hidrogen kepada air (tindak balas oksidrogen), sebaliknya akan memusnahkan sel secara termal atau bahkan menyebabkannya meletup. Rantai pernafasan berlaku di membran dalaman mitokondria dalam empat kompleks redoks berturut-turut: Elektron dipindahkan ke peringkat seterusnya setiap melepaskan sebahagian tenaga mereka. Pada masa yang sama, kerana proton (H +) dilepaskan ke ruang antara membran dalam dan luar (ruang intermembran) mitokondria, kecerunan proton bertambah. Proton cuba berhijrah dari kawasan tinggi kepekatan ke kawasan berkepekatan rendah - dalam kes ini membran dalaman. Ini hanya berfungsi bersamaan dengan enzim ATP synthase, protein terowong. Semasa melalui protein terowong, proton membebaskan tenaga, yang diubah menjadi ATP dalam proses fosforilasi oksidatif ADP (trifosfat difosfat) dan bukan organik fosfat. ATP berfungsi sebagai pembawa tenaga yang maha kuasa untuk hampir semua proses metabolik yang memakan tenaga di dalam badan. Apabila tenaga digunakan dalam proses metabolik, ia ditukarkan kembali ke ADP dengan pembelahan eksotermik a fosfat kumpulan.

Fungsi dan tugas

Rantai pernafasan mempunyai tugas dan fungsi, bersamaan dengan kitaran sitrat yang juga terjadi di mitokondria, untuk menyediakan tubuh dengan tenaga yang dapat digunakan dalam jumlah yang mencukupi. Pada akhirnya, proses degradasi komponen makanan kumpulan bahan karbohidrat, lemak dan protein membawa pada bahagian terakhir dari proses degradasi ke rantai pernafasan, di mana tenaga yang terkandung dalam komponen makanan tersedia untuk tubuh dalam bentuk ATP yang boleh digunakan secara bertenaga. Manfaat utama untuk metabolisme manusia adalah bahawa tenaga kimia yang terkandung dalam komponen makanan tidak secara eksklusif dan tidak terkawal diubah menjadi tenaga haba, tetapi disimpan dalam bentuk ATP. ATP membolehkan tubuh menggunakan tenaga yang tersimpan secara berperingkat dan spasial secara berperingkat jika diperlukan. Hampir semua proses metabolik yang menggunakan tenaga bergantung pada ATP sebagai pembekal tenaga. Rantai pernafasan terdiri daripada empat kompleks yang disebut (I, II, III, IV) dan sebagai langkah terakhir fosforilasi ADP ke ATP, yang juga disebut kompleks V oleh beberapa penulis. Dalam kedua-dua rantai pemindahan elektron I dan II, kompleks enzim yang berkaitan dengan ubiquinone, NAD / NADH (nikotinamide adenine dinucleotide) dan FAD (flavin adenine dinucleotide) memainkan peranan penting. Proses di kompleks III dan IV juga berlaku dengan penyertaan ubiquinol atau ubiquinone teroksidasi dan sitokrom c oksidase, yang mengoksidasi menjadi sitokrom c. Pada masa yang sama, oksigen dikurangkan menjadi air (H2O) dengan penambahan 2 ion H +. Rantai pernafasan dapat dianggap sebagai sejenis kitaran terbuka di mana pemangkin enzim yang terlibat selalu tumbuh semula dan campur tangan baru dalam kitaran metabolik. Ini ternyata sangat menjimatkan tenaga untuk metabolisme badan dan sangat efisien berkaitan dengan penggunaan sumber daya, kerana kitar semula biokatalis yang sempurna (enzim) terbabit.

Penyakit dan penyakit

Rantai pernafasan melibatkan lata aliran elektron yang melibatkan banyak bahan dan, di atas semua, proses enzimatik yang kompleks dalam sejenis proses biokatalitik. Sekiranya salah satu daripada proses ini terganggu, rantai pernafasan itu sendiri boleh terganggu atau, dalam kes yang teruk, ditutup sepenuhnya. Pada prinsipnya, sebilangan kecacatan genetik juga boleh berlaku pada kumpulan kromosom atau juga kecacatan genetik secara eksklusif memisahkan DNA mitokondria. Sekiranya terdapat kecacatan genetik mitokondria, ia mungkin berasal secara eksklusif dari ibu, kerana DNA mitokondria lelaki yang terpisah terletak secara eksklusif di ekor sperma, bagaimanapun, ditolak dan dikeluarkan sebelum sperma menembusi telur. Di luar gangguan yang ditentukan secara genetik semasa rantai pernafasan, gangguan yang diperoleh juga mungkin disebabkan oleh, misalnya, oleh penghambat semula jadi atau tiruan rantai pernafasan. Sejumlah zat diketahui bahawa menghalang rantai pernafasan di tempat yang ditentukan, sehingga rantai pernafasan terganggu sepenuhnya atau hanya berfungsi dengan tidak mencukupi. Bahan lain bertindak sebagai uncouplers (protonophores), yang menyebabkan langkah pengoksidaan berjalan lebih cepat dan membawa menjadi meningkat oksigen permintaan. Di sini juga, terdapat penyahkod semula jadi dan buatan. Sesetengah antibiotik dan racun kulat, misalnya, bertindak sebagai perencat, beberapa di antaranya menyerang kompleks I, II atau III. The antibiotik oligomisin secara langsung menghalang proses sintase ATP, mengakibatkan sintesis ATP berkurang dengan pengurangan oksigen penggunaan. Tisu adiposa coklat juga bertindak sebagai penyekat semula jadi, yang mampu mengubah tenaga secara langsung menjadi panas tanpa jalan memutar melalui ATP. Disfungsi pada rantai pernafasan biasanya ditunjukkan oleh penurunan prestasi, serta kerap atau berterusan keletihan dan keletihan.