السلسلة التنفسية

مثل السلسلة التنفسية عبارة عن سلسلة من خطوات نقل الإلكترون (تفاعلات الأكسدة والاختزال) في عملية التمثيل الغذائي لخلايا جميع الكائنات الحية تقريبًا. في نهاية سلسلة الجهاز التنفسي ، التي تحدث في الميتوكوندريا ، يتم إنتاج محطات توليد الطاقة للخلايا ، ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) والماء (H2O). يحتوي ATP على الطاقة المحفوظة التي يمكن نقلها على مسافات قصيرة ، والتي تأتي من السلسلة التنفسية ومتاحة للحرارة ، أي التي تتطلب الطاقة ، وعمليات التمثيل الغذائي.

ما هي السلسلة التنفسية؟

تحتوي السلسلة التنفسية كجزء من التنفس الخلوي على سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث واحدة تلو الأخرى ، أي تفاعلات التبرع بالإلكترون وتقبل الإلكترون التي يتم التحكم فيها بشكل تحفيزي بواسطة الإنزيمات. إن العملية الكلية الطاردة للحرارة الشديدة ، والتي تتوافق مع احتراق الهيدروجين إلى الماء (تفاعل أوكسي الهيدروجين) ، من شأنها أن تدمر الخلايا حراريًا أو تتسبب في انفجارها.

تحدث السلسلة التنفسية في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا في أربعة معقدات أكسدة متتالية: الإلكترونات المنقولة إلى المستوى التالي تعطي كل منها جزءًا من طاقتها. في الوقت نفسه ، يتراكم التدرج البروتوني بسبب البروتونات (H +) التي تطلق في الفراغ بين الغشاء الداخلي والخارجي (الفضاء بين الغشاء) للميتوكوندريا. تحاول البروتونات الهجرة من منطقة التركيز العالي إلى منطقة التركيز المنخفض - في هذه الحالة الغشاء الداخلي.

يعمل هذا فقط مع إنزيم سينسيز ATP ، وهو بروتين نفقي. أثناء المرور عبر بروتين النفق ، تطلق البروتونات الطاقة ، والتي يتم تحويلها إلى ATP في سياق الفسفرة المؤكسدة لـ ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) والفوسفات غير العضوي. يعمل ATP كحامل طاقة كلي القدرة تقريبًا لجميع عمليات التمثيل الغذائي المستهلكة للطاقة في الجسم. عند استخدام الطاقة في عمليات التمثيل الغذائي ، يتم تقسيمها مرة أخرى إلى ADP مع الانقسام الطارد للحرارة لمجموعة الفوسفات.

الوظيفة والمهمة

لسلسلة الجهاز التنفسي المهمة والوظيفة ، فيما يتعلق بدورة حامض الستريك ، والتي تحدث أيضًا في الميتوكوندريا ، لتزويد الجسم بالطاقة الكافية القابلة للاستخدام. في النهاية ، تتدفق عمليات تحلل المكونات الغذائية لمجموعات المواد الكربوهيدراتية والدهون والبروتينات إلى السلسلة التنفسية في الجزء الأخير من عمليات الانهيار ، حيث يتم توفير الطاقة الموجودة في مكونات الغذاء للجسم في شكل ATP صالح للاستخدام.

الفائدة الرئيسية لعملية التمثيل الغذائي للإنسان هي أن الطاقة الكيميائية الموجودة في مكونات الغذاء لا يتم تحويلها حصريًا ودون ضوابط إلى طاقة حرارية ، ولكن يتم تخزينها في شكل ATP. يسمح ATP للجسم باستخدام الطاقة المخزنة في أوقات مختلفة وفي مواقع مختلفة حسب الحاجة. تعتمد جميع عمليات التمثيل الغذائي المستهلكة للطاقة تقريبًا على ATP كمورد للطاقة.

تتكون السلسلة التنفسية من أربعة ما يسمى بالمجمعات (I ، II ، III ، IV) وكخطوة أخيرة ، فسفرة ADP إلى ATP ، والتي يشير إليها بعض المؤلفين أيضًا باسم المركب V. في سلسلتي نقل الإلكترون الأول والثاني ، تلعب مجمعات الإنزيم المرتبطة بـ يوبيكوينون ، NAD / NADH (نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد) و FAD (فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد) دورًا مهمًا. تتم العمليات في المجمعين الثالث والرابع أيضًا بمشاركة يوبيكوينول أو يوبيكوينون المؤكسد والسيتوكروم سي أوكسيديز ، والذي يتأكسد إلى السيتوكروم ج. في الوقت نفسه ، يتم تقليل الأكسجين إلى ماء (H2O) مع إضافة 2 H + أيونات.

يمكن النظر إلى السلسلة التنفسية على أنها نوع من الدورة المفتوحة حيث تتجدد المحفزات الإنزيمية نفسها وتتدخل مرة أخرى في دورة المواد. اتضح أن هذا موفر للطاقة بشكل خاص لعملية التمثيل الغذائي في الجسم وفعال بشكل خاص من حيث استخدام الموارد ، بسبب إعادة التدوير المثالية للمحفزات الحيوية (الإنزيمات) المعنية.

الامراض والاعتلالات

تحتوي السلسلة التنفسية على سلسلة من عمليات النقل الإلكتروني التي تشارك فيها العديد من المواد ، وقبل كل شيء ، العمليات الأنزيمية المعقدة في نوع من عملية التحفيز الحيوي. في حالة اضطراب إحدى هذه العمليات ، يمكن أن تتعطل السلسلة التنفسية نفسها أو ، في الحالات القصوى ، قد تتوقف تمامًا.

من حيث المبدأ ، يمكن أن يحدث عدد من العيوب الجينية أيضًا في مجموعة الكروموسومات أو ، بالإضافة إلى العيوب الوراثية ، حصريًا في الحمض النووي للميتوكوندريا المنفصل. إذا كان هناك خلل جيني في الميتوكوندريا ، فيمكن أن يأتي فقط من الأم ، لأن الحمض النووي المنفصل للرجل موجود فقط في ذيل الحيوان المنوي ، والذي يتم التخلص منه وإفرازه قبل أن يخترق الحيوان المنوي البويضة.

الاضطرابات المكتسبة ممكنة أيضًا بالإضافة إلى الاضطرابات المحددة وراثيًا في مسار السلسلة التنفسية. ب. التي تسببها مثبطات طبيعية أو صناعية للسلسلة التنفسية. من المعروف أن عددًا من المواد تثبط السلسلة التنفسية عند نقطة محددة بحيث تنقطع السلسلة التنفسية تمامًا أو تعمل فقط بشكل غير كاف. تعمل المواد الأخرى بمثابة ما يسمى بفك الارتباط (حوامل البروتونات) ، والتي تجعل خطوات الأكسدة تعمل بشكل أسرع وتؤدي إلى زيادة الطلب على الأكسجين. توجد هنا أيضًا أجهزة فصل طبيعية واصطناعية.

كمثبطات ض. ب- بعض المضادات الحيوية ومبيدات الفطريات المستخدمة مثل: هجوم على المجمعات الأول والثاني والثالث. يحتوي المضاد الحيوي أوليغوميسين على تأثير مثبط مباشر على عملية سينسيز ATP ، بحيث يحدث انخفاض تخليق ATP مع انخفاض استهلاك الأكسجين. يعمل النسيج الدهني البني أيضًا كعامل فصل طبيعي ، وهو قادر على تحويل الطاقة مباشرة إلى حرارة دون المرور عبر ATP. عادة ما تكون الاضطرابات الوظيفية في السلسلة التنفسية ملحوظة من خلال الأداء المنخفض ومن خلال التعب والإرهاق المتكرر أو المستمر.