Comme Chaîne respiratoire on appelle une cascade d'étapes de transfert d'électrons (réactions redox) dans le métabolisme des cellules de presque tous les êtres vivants. Au bout de la chaîne respiratoire, qui a lieu dans les mitochondries, les centrales électriques des cellules, l'ATP (adénosine triphosphate) et l'eau (H2O) sont produites. L'ATP contient l'énergie conservée qui peut être transportée sur de courtes distances, qui provient de la chaîne respiratoire et est disponible pour les processus métaboliques endothermiques, c'est-à-dire énergivores.
Quelle est la chaîne respiratoire?
La chaîne respiratoire dans le cadre de la respiration cellulaire contient une chaîne de réactions redox qui se produisent les unes après les autres, c'est-à-dire des réactions de donneur d'électrons et d'acceptation d'électrons qui sont contrôlées catalytiquement par des enzymes. Le processus globalement fortement exothermique, qui correspond à la combustion de l'hydrogène en eau (réaction oxyhydrogène), détruirait sinon thermiquement les cellules ou même les ferait exploser.
La chaîne respiratoire prend place dans la membrane interne des mitochondries en quatre complexes redox successifs: Les électrons transférés au niveau suivant dégagent chacun une partie de leur énergie. Dans le même temps, un gradient de protons s'accumule en raison des protons (H +) libérés dans l'espace entre la membrane interne et externe (espace intermembranaire) des mitochondries. Les protons essaient de migrer de la zone de forte concentration vers la zone de faible concentration - dans ce cas la membrane interne.
Cela ne fonctionne qu'en conjonction avec l'enzyme ATP synthase, une protéine tunnel. Lors du passage à travers la protéine tunnel, les protons libèrent de l'énergie, qui est convertie en ATP au cours de la phosphorylation oxydative de l'ADP (adénosine diphosphate) et du phosphate inorganique. L'ATP sert de vecteur d'énergie omnipotent pour presque tous les processus métaboliques consommateurs d'énergie dans le corps. Lorsque l'énergie est utilisée dans des processus métaboliques, elle est à nouveau décomposée en ADP avec séparation exothermique d'un groupe phosphate.
Fonction et tâche
La chaîne respiratoire a pour tâche et fonction, en relation avec le cycle de l'acide citrique, qui a également lieu dans les mitochondries, de fournir au corps une énergie utilisable suffisante. En fin de compte, les processus de dégradation des composants alimentaires des groupes de substances glucides, graisses et protéines s'écoulent dans la chaîne respiratoire dans la dernière partie des processus de dégradation, dans laquelle l'énergie contenue dans les composants alimentaires est mise à la disposition du corps sous forme d'ATP utilisable énergétiquement.
Le principal avantage pour le métabolisme humain est que l'énergie chimique contenue dans les composants alimentaires n'est pas convertie exclusivement et de manière incontrôlable en énergie thermique, mais qu'elle est stockée sous forme d'ATP. L'ATP permet au corps d'utiliser l'énergie stockée à différents moments et à différents endroits selon les besoins. Presque tous les processus métaboliques consommateurs d'énergie reposent sur l'ATP en tant que fournisseur d'énergie.
La chaîne respiratoire comprend quatre complexes dits (I, II, III, IV) et, en dernière étape, la phosphorylation de l'ADP en ATP, que certains auteurs appellent également le complexe V. Les complexes enzymatiques en relation avec l'ubiquinone, le NAD / NADH (nicotinamide-adénine-dinucléotide) et le FAD (flavine-adénine-dinucléotide) jouent un rôle important dans les deux chaînes de transfert d'électrons I et II. Les processus dans les complexes III et IV ont également lieu avec la participation de l'ubiquinol ou de l'ubiquinone oxydée et du cytochrome c oxydase, qui s'oxyde en cytochrome c. Dans le même temps, l'oxygène est réduit en eau (H2O) avec l'ajout de 2 ions H +.
La chaîne respiratoire peut être vue comme une sorte de cycle ouvert dans lequel les catalyseurs enzymatiques impliqués se régénèrent et interviennent à nouveau dans le cycle de la matière. Cela s'avère particulièrement économe en énergie pour le métabolisme de l'organisme et particulièrement efficace en termes d'utilisation des ressources, grâce au recyclage parfait des biocatalyseurs (enzymes) impliqués.
Maladies et affections
La chaîne respiratoire contient une cascade de transferts d'électrons dans laquelle de nombreuses substances et, surtout, des processus enzymatiques complexes sont impliqués dans une sorte de processus biocatalytique. Si l'un de ces processus est perturbé, la chaîne respiratoire elle-même peut être perturbée ou, dans des cas extrêmes, s'immobiliser complètement.
En principe, un certain nombre de défauts génétiques peuvent également se produire dans l'ensemble chromosomique ou, ainsi que des défauts génétiques, exclusivement dans l'ADN mitochondrial séparé. S'il y a un défaut génétique mitochondrial, il ne peut venir que de la mère, car l'ADN mitochondrial séparé de l'homme se trouve uniquement dans la queue du sperme, qui est rejeté et excrété avant que le sperme ne pénètre dans l'ovule.
Des troubles acquis sont également possibles en plus des troubles génétiquement déterminés au cours de la chaîne respiratoire. B. causé par des inhibiteurs naturels ou artificiels de la chaîne respiratoire. On connaît un certain nombre de substances qui inhibent la chaîne respiratoire en un point défini de sorte que la chaîne respiratoire est complètement interrompue ou ne fonctionne que de manière inadéquate. D'autres substances agissent comme des découpleurs (protonophores), ce qui accélère considérablement les étapes d'oxydation et entraîne une augmentation de la demande en oxygène. Ici aussi, il existe des découpleurs naturels et artificiels.
En tant qu'inhibiteurs z. B. certains antibiotiques et fongicides utilisés, par ex. T. attaque sur les complexes I, II ou III. L'oligomycine antibiotique a un effet inhibiteur direct sur le processus d'ATP synthase, de sorte qu'une synthèse d'ATP réduite avec une consommation d'oxygène réduite se produit. Le tissu adipeux brun agit également comme un découpleur naturel, capable de convertir l'énergie directement en chaleur sans passer par l'ATP. Les troubles fonctionnels de la chaîne respiratoire sont généralement perceptibles par des performances réduites et par une fatigue et une fatigue fréquentes ou constantes.
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