Quelle est la chaîne respiratoire?

définition

La chaîne respiratoire est un processus de génération d'énergie dans les cellules de notre corps. Il rejoint le cycle de l'acide citrique et constitue la dernière étape de la dégradation du sucre, des graisses et des protéines. La chaîne respiratoire est située dans la membrane interne des mitochondries. Dans la chaîne respiratoire, les équivalents de réduction (NADH + H + et FADH2) qui se sont formés entre-temps sont à nouveau oxydés (des électrons sont émis), ce qui permet de créer un gradient de protons. Ceci est finalement utilisé pour former le vecteur d'énergie universel ATP (adénosine triphosphate). L'oxygène est également nécessaire pour que la chaîne respiratoire puisse fonctionner complètement.

Séquence de la chaîne respiratoire

La chaîne respiratoire est intégrée dans la membrane mitochondriale interne et se compose d'un total de cinq complexes enzymatiques. Il fait suite au cycle de l'acide citrique, dans lequel se forment les équivalents de réduction NADH + H + et FADH2. Ces équivalents de réduction stockent temporairement de l'énergie et sont à nouveau oxydés dans la chaîne respiratoire. Ce processus a lieu dans les deux premiers complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire.

Complexe 1: NADH + H + atteint le premier complexe (NADH ubiquinone oxydoréductase) et libère deux électrons. En même temps, 4 protons sont pompés de l'espace matriciel vers l'espace intermembranaire.

Complexe 2: FADH2 libère ses deux électrons au niveau du deuxième complexe enzymatique (succinate-ubiquinone-oxydoréductase), mais aucun proton ne pénètre dans l'espace intermembranaire.

Complexe 3: Les électrons libérés sont transmis au troisième complexe enzymatique (ubiquinone cytochrome c oxydoréductase), où 2 autres protons sont pompés de l'espace matriciel vers l'espace intermembranaire.

Complexe 4: Finalement, les électrons atteignent le quatrième complexe (cytochrome c oxydase). Ici, les électrons sont transférés en oxygène (O2), de sorte qu'avec deux protons supplémentaires, de l'eau (H2O) est créée. Dans le processus, 2 protons pénètrent à nouveau dans l'espace intermembranaire.

Complexe 5: Un total de huit protons ont maintenant été pompés de l'espace de la matrice dans l'espace intermembranaire. L'exigence de base pour la chaîne de transport d'électrons est l'électronégativité croissante du complexe enzymatique. Cela signifie que la capacité des complexes enzymatiques à attirer les électrons négatifs se renforce.
En plus du premier produit final, l'eau, un gradient de protons s'est formé dans l'espace intermembranaire à travers la chaîne respiratoire. Cela stocke l'énergie qui est utilisée pour accumuler l'ATP (adénosine triphosphate). C'est le travail du cinquième et dernier complexe enzymatique (ATP synthase). Le cinquième complexe enjambe la membrane mitochondriale comme un tunnel. Grâce à cela, entraînés par la différence de concentration, les protons retournent dans l'espace matriciel. Cela crée de l'ATP à partir de l'ADP (adénosine diphosphate) et du phosphate inorganique, qui est disponible pour tout l'organisme.

Que fait la pompe à protons?

La pompe à protons est le cinquième et dernier complexe enzymatique de la chaîne respiratoire. Grâce à cela, les protons refluent de l'espace intermembranaire dans l'espace matriciel. Ceci n'est rendu possible que par la différence de concentration précédemment établie entre les deux espaces de réaction. L'énergie stockée dans le gradient de protons est utilisée pour finalement synthétiser l'ATP (adénosine triphosphate) à partir du phosphate et de l'ADP.
L'ATP est le vecteur d'énergie universel de notre corps et est essentiel pour une variété de réactions. Puisqu'il est généré à la pompe à protons, il est également connu sous le nom d'ATP synthase.

Équilibre de la chaîne respiratoire

Le produit final décisif de la chaîne respiratoire est l'ATP (adénine triphosphate), qui est un vecteur d'énergie universel dans le corps. L'ATP est synthétisé à l'aide d'un gradient de protons qui se produit au cours de la chaîne respiratoire. NADH + H + et FADH2 sont différemment efficaces. NADH + H + est oxydé de nouveau en NAD + dans la chaîne respiratoire au niveau du premier complexe enzymatique et pompe un total de 10 protons dans l'espace intermembranaire. Lorsque FADH2 est oxydé, le rendement est plus faible, car seuls 6 protons sont transportés dans l'espace intermembranaire. En effet, FADH2 est introduit dans la chaîne respiratoire au niveau du second complexe enzymatique et contourne ainsi le premier complexe. Pour synthétiser un ATP, 4 protons doivent traverser le cinquième complexe.
Par conséquent, par NADH + H + 2,5 ATP (10/4 = 2,5) et par FADH2 1,5 ATP (6/4 = 1,5) sont produits.
Lorsqu'une molécule de sucre est décomposée via la glycolyse, le cycle de l'acide citrique et la chaîne respiratoire, un maximum de 32 ATP peut être généré, qui est disponible pour l'organisme.

Quel rôle jouent les mitochondries?

Les mitochondries sont des organites cellulaires trouvées dans les organismes animaux et végétaux. Divers processus énergétiques ont lieu dans les mitochondries, y compris la chaîne respiratoire. La chaîne respiratoire étant le processus décisif pour la production d'énergie, les mitochondries sont également appelées «centrales électriques de la cellule». Ils ont une double membrane, de sorte qu'un total de deux espaces de réaction séparés sont créés. À l'intérieur se trouvent l'espace matriciel et l'espace intermembranaire entre les deux membranes. Ces deux espaces sont fondamentaux pour l'écoulement de la chaîne respiratoire. Ce n'est que de cette manière qu'un gradient de protons peut être construit, ce qui est important pour la synthèse de l'ATP.

En savoir plus sur le sujet dans cet article: Structure des mitochondries

Que fait le cyanure dans la chaîne respiratoire?

Les cyanures sont des toxines dangereuses, y compris des composés de cyanure d'hydrogène. Ils sont capables d'arrêter la chaîne respiratoire.
Plus précisément, le cyanure se lie au fer du quatrième complexe de la chaîne respiratoire. En conséquence, les électrons ne peuvent plus être transférés en oxygène moléculaire. En conséquence, toute la chaîne respiratoire ne peut plus fonctionner.
Le résultat est un manque de la source d'énergie ATP (adénosine triphosphate) et une soi-disant "suffocation interne" se produit. Des symptômes tels que vomissements, perte de conscience et crampes surviennent très rapidement après un empoisonnement au cyanure et, s'ils ne sont pas traités, entraînent une mort rapide.

Qu'est-ce qu'un défaut de la chaîne respiratoire?

Un défaut de la chaîne respiratoire est une maladie métabolique rare qui se manifeste souvent dans l'enfance. La cause est des changements dans l'information génétique (ADN). Les mitochondries sont limitées dans leur fonction et la chaîne respiratoire ne fonctionne pas correctement. Ceci est particulièrement visible dans les organes qui consomment beaucoup d'énergie sous forme d'ATP (adénosine triphosphate).
Un symptôme typique est, par exemple, une douleur musculaire ou une faiblesse musculaire.
Le traitement de cette maladie est difficile car il s'agit d'une maladie héréditaire. Il convient de s'assurer qu'il y a un approvisionnement suffisant en énergie (par exemple via le glucose). Sinon, un traitement purement symptomatique est approprié.