Cadena respiratoria

Como Cadena respiratoria Se llama una cascada de pasos de transferencia de electrones (reacciones redox) en el metabolismo de las células de casi todos los seres vivos. Al final de la cadena respiratoria, que tiene lugar en las mitocondrias, se producen las plantas de energía de las células, ATP (trifosfato de adenosina) y agua (H2O). El ATP contiene la energía conservada que se puede transportar a distancias cortas, que proviene de la cadena respiratoria y está disponible para procesos metabólicos endotérmicos, es decir, que requieren energía.

¿Qué es la cadena respiratoria?

La cadena respiratoria como parte de la respiración celular contiene una cadena de reacciones redox que tienen lugar una tras otra, es decir, reacciones de donación y aceptación de electrones que son controladas catalíticamente por enzimas. El proceso general fuertemente exotérmico, que corresponde a la combustión de hidrógeno en agua (reacción de oxihidrógeno), de otro modo destruiría térmicamente las células o incluso haría que explotaran.

La cadena respiratoria tiene lugar en la membrana interna de las mitocondrias en cuatro complejos redox sucesivos: los electrones transferidos al siguiente nivel emiten cada uno parte de su energía. Al mismo tiempo, se acumula un gradiente de protones debido a los protones (H +) liberados en el espacio entre la membrana interna y externa (espacio intermembrana) de las mitocondrias. Los protones intentan migrar del área de alta concentración al área de baja concentración, en este caso la membrana interna.

Esto solo funciona en conjunto con la enzima ATP sintasa, una proteína túnel. Durante el paso a través de la proteína túnel, los protones liberan energía, que se convierte en ATP en el curso de la fosforilación oxidativa de ADP (difosfato de adenosina) y fosfato inorgánico. El ATP sirve como un portador de energía omnipotente para casi todos los procesos metabólicos del cuerpo que consumen energía. Cuando la energía se usa en procesos metabólicos, se descompone nuevamente en ADP con la división exotérmica de un grupo fosfato.

Función y tarea

La cadena respiratoria tiene la tarea y función, en relación con el ciclo del ácido cítrico, que también tiene lugar en las mitocondrias, para proporcionar al cuerpo suficiente energía utilizable. En última instancia, los procesos de descomposición de los componentes alimentarios de los grupos de sustancias carbohidratos, grasas y proteínas fluyen hacia la cadena respiratoria en la última parte de los procesos de descomposición, en los que la energía contenida en los componentes alimentarios se pone a disposición del cuerpo en forma de ATP energéticamente utilizable.

El principal beneficio para el metabolismo humano es que la energía química contenida en los componentes de los alimentos no se convierte exclusiva e incontrolablemente en energía térmica, sino que se almacena en forma de ATP. El ATP permite al cuerpo usar la energía almacenada en diferentes momentos y en diferentes lugares según sea necesario. Casi todos los procesos metabólicos que consumen energía dependen del ATP como proveedor de energía.

La cadena respiratoria comprende cuatro de los llamados complejos (I, II, III, IV) y, como último paso, la fosforilación de ADP a ATP, al que algunos autores también denominan complejo V. Los complejos enzimáticos en conexión con ubiquinona, NAD / NADH (nicotinamida-adenina-dinucleótido) y FAD (flavina-adenina-dinucleótido) juegan un papel importante en las dos cadenas de transferencia de electrones I y II. Los procesos en los complejos III y IV también tienen lugar con la participación de ubiquinol o la ubiquinona oxidada y citocromo c oxidasa, que se oxida a citocromo c. Al mismo tiempo, el oxígeno se reduce a agua (H2O) con la adición de 2 iones H +.

La cadena respiratoria puede verse como una especie de ciclo abierto en el que los catalizadores enzimáticos involucrados se regeneran e intervienen nuevamente en el ciclo material. Esto resulta ser particularmente eficiente energéticamente para el metabolismo del cuerpo y particularmente eficiente en términos de uso de recursos, debido al perfecto reciclaje de los biocatalizadores (enzimas) involucrados.

Enfermedades y dolencias

La cadena respiratoria contiene una cascada de transferencias de electrones en la que intervienen muchas sustancias y, sobre todo, complejos procesos enzimáticos en una especie de proceso biocatalítico. Si uno de estos procesos se altera, la propia cadena respiratoria puede alterarse o, en casos extremos, detenerse por completo.

En principio, también pueden producirse varios defectos genéticos en el conjunto de cromosomas o, además de defectos genéticos, exclusivamente en el ADN mitocondrial separado. Si hay un defecto genético mitocondrial, solo puede provenir de la madre, porque el ADN mitocondrial separado del hombre está solo en la cola del esperma, que se rechaza y excreta antes de que el espermatozoide penetre en el óvulo.

Además de los trastornos determinados genéticamente en el curso de la cadena respiratoria, también son posibles trastornos adquiridos. B. causada por inhibidores naturales o artificiales de la cadena respiratoria. Se conocen una serie de sustancias que inhiben la cadena respiratoria en un punto definido de modo que la cadena respiratoria se interrumpe por completo o solo funciona de manera inadecuada. Otras sustancias actúan como desacopladores (protonóforos), que hacen que los pasos de oxidación se ejecuten significativamente más rápido y conducen a una mayor demanda de oxígeno. Aquí también existen desacopladores naturales y artificiales.

Como inhibidores z. B. algunos antibióticos y fungicidas utilizados, p. Ej. T. ataque a los complejos I, II o III. El antibiótico oligomicina tiene un efecto inhibidor directo sobre el proceso de la ATP sintasa, por lo que se produce una síntesis reducida de ATP con un consumo reducido de oxígeno. El tejido adiposo marrón también actúa como un desacoplador natural, que es capaz de convertir la energía directamente en calor sin pasar por ATP. Los trastornos funcionales de la cadena respiratoria suelen notarse por la reducción del rendimiento y por el cansancio y la fatiga frecuentes o constantes.