Vraag:
Waarvoor gebruikt het menselijk lichaam zuurstof naast de laatste elektronenacceptor in de elektronentransportketen?
Gordon Gustafson
2012-01-04 01:56:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mijn biologieleraren hebben nooit uitgelegd waarom dieren zuurstof nodig hebben, alleen dat wij organismen sterven als we niet te lang zuurstof krijgen. Misschien zei een van hen toevallig dat het werd gebruikt om ATP te maken. Nu hebben we in mijn AP Biology-les eindelijk de details geleerd van hoe zuurstof wordt gebruikt in de elektronentransportketen vanwege de hoge elektronegativiteit. Maar ik neem aan dat dit waarschijnlijk niet de enige reden is waarom we zuurstof nodig hebben.

Voor welke andere doeleinden dient de zuurstof die we via de ademhaling opnemen? Leidt zuurstofgebrek tot de dood alleen vanwege het stopzetten van de ATP-productie, of is er nog een andere reden? Welk percentage van de zuurstof die we via de ademhaling opnemen, wordt later door de ademhaling als koolstofdioxide verdreven?

Gebruikt het lichaam om immuunredenen geen zonlicht en zuurstof om peroxide in de huid aan te maken? Ik heb dit ooit ergens gehoord
Vijf antwoorden:
#1
+28
jonsca
2012-01-04 04:30:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Superoxide, O 2 - wordt gecreëerd door het immuunsysteem in fagocyten (inclusief neutrofielen, monocyten, macrofagen, dendritische cellen en mestcellen) die NADPH-oxidase gebruiken om het te produceren uit O 2 voor gebruik tegen binnendringende micro-organismen. Onder normale omstandigheden is de mitochondriale elektronentransportketen echter een belangrijke bron van O 2 - , waarbij tot misschien wel 5% van O 2 wordt omgezet tot superoxide. [1]

Even terzijde: er zijn twee kanten aan deze medaille. Hoewel dit een nuttig hulpmiddel is tegen micro-organismen, is de vorming van de reactieve zuurstofsoorten belast met auto-immuunreacties en diabetes (type 1). [2]

[1] Packer L, Ed. Methods in Enzymology , deel 349. San Diego, Californië: Academic Press; 2002

[2] Thayer TC, Delano M, et al. (2011) Superoxide-productie door macrofagen en T-cellen is cruciaal voor de inductie van autoreactiviteit en type 1 diabetes, 60 (8), 2144-51.

#2
+28
Konrad Rudolph
2012-01-04 04:32:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zuurstof is in feite zeer giftig voor cellen en organismen - reactieve zuurstofsoorten veroorzaken oxidatieve stress, wat in wezen celschade is en bijdraagt ​​aan celveroudering. Veel anaërobe organismen hebben hier nooit mee leren omgaan en sterven vrijwel onmiddellijk bij blootstelling aan zuurstof. Een klassiek voorbeeld hiervan is C. botulinum .

Zuurstof is opgenomen in verschillende moleculen in de cel (bijvoorbeeld ribosen en bepaalde aminozuren), maar voor zover ik weet hiervan komt de cel binnen als metabolische producten, niet in de vorm van pure zuurstof.

De zuurstof ( $ \ ce {O2} $ ) we inademen is volledig opgebruikt tijdens aërobe ademhaling. De stoichiometrie hiervan wordt gegeven door de volgende vereenvoudigde vergelijking:

$$ \ ce {C_6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + heat} $$

WYSIWYG's antwoord gaat meer in detail.

Zuurstof wordt niet omgezet in kooldioxide! Het is omgezet in water.
#3
+19
kasia
2012-01-05 02:07:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Waarschijnlijk weet je inmiddels dat cytochroom c oxidase, het laatste complex van de elektronentransportketen, tot een klasse van enzymen behoort die oxidoreductases worden genoemd en die zuurstofatomen gebruiken als elektronenacceptoren. Een type oxidoreductases zijn oxidasen, enzymen die (althans in theorie [1]) moleculaire zuurstof - O 2 , zoals in lucht - gebruiken als hun elektronenacceptor. Van wat ik echter weet, is dat soms niet het geval: xanthine-oxidase, dat xanthine omzet in urinezuur, haalt zijn zuurstofatomen uit water [2]. Voorbeelden van de "echte" oxidasen zijn onder meer L-aminozuuroxidase en cytochroom P450 (ook bekend als CYP-familie).

Ondanks dat cytochroom P450 een talrijke en belangrijke enzymfamilie is, verantwoordelijk voor de meeste bekende geneesmiddelenmetabolisme en sommige essentiële lipidetransformaties verbruikt het waarschijnlijk slechts een fractie van de zuurstof die dieren inademen. Ik kon geen schattingen vinden, maar zou verbaasd zijn als het meer dan misschien 0,1% was.


[1] Inleiding tot EC1-les

[2] Metz, S. & Thiel, W. A Combined QM / MM Study on the Reductive Half- Reactie van xanthine-oxidase: substraatoriëntatie en -mechanisme. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14885–14902, PMID: 20050623.

#4
+11
mgkrebbs
2012-01-04 14:44:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het overweldigende gebruik van zuurstof is om ons (in combinatie met voedsel) van energie te voorzien. We hebben een grote behoefte aan energie in onze cellen, daarom hebben we deze longen, diafragma's, rode bloedcellen, enz .; ze verzekeren dat we de zuurstof krijgen om de energie te verkrijgen (via de elektronentransportketen).

Het algehele metabolisme van glucose (C 6 H 12 O 6 ) is een representatieve reactie:

 C  6  H  12  O  6  + 6 O  2  -> 6 CO  2  + 6 H  2  O + energie 

Dat zie je net zo goed zuurstof verdwijnt als gasvormig CO 2 zoals binnenkomt als gasvormige zuurstof (O 2 ).

De energie wordt tijdelijk vastgehouden in de vorm van de fosfaatbinding in ATP-moleculen, zodat deze door de cel kan worden getransporteerd naar de veelheid aan cellulaire processen die energie nodig hebben.

Energie is zo essentieel voor de cellulaire processen die dierlijke cellen in stand houden die een gebrek aan die energie hebben, wat snel ontstaat wanneer er zuurstofgebrek is, en al snel onomkeerbare schade en de dood veroorzaakt.

Waarom is fermentatie geen mogelijke oplossing? We hebben cijfers (over de hoeveelheid energie) en referenties nodig.
Deze representatieve reactie is niet echt correct en dat weet u. Het OP heeft al aangegeven op de hoogte te zijn van de rol van zuurstof als de terminale elektronenacceptor.
#5
+9
WYSIWYG
2015-06-12 17:49:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nog een kleine toevoeging


Er is een klasse van oxidoreductases genaamd oxygenases die moleculaire zuurstof opnemen in de substraten en deze niet alleen gebruiken als een elektronenacceptor zoals in oxidasen (merk op dat het terminale enzym in ETC een oxidase is en dat er andere dergelijke oxidasen zijn). Met andere woorden, zuurstof is geen cofactor maar een co-substraat. Oxygenases worden verder ingedeeld in dioxygenases en monooxygenases die respectievelijk twee zuurstofatomen en één zuurstofatoom bevatten. Voorbeelden:

  • Cytochroom P450-familie (monooxygenease): betrokken bij detoxificatie van xenobiotica.
  • Cyclo-oxygenase (dioxygenase): betrokken bij de productie van prostaglandinen die betrokken zijn bij pijn en ontsteking. Veel NSAID-pijnstillers zoals aspirine, paracetamol en ibuprofen richten zich op cyclo-oxygenase-2 (COX2)
  • Lipoxygenase (dioxygenase): betrokken bij de productie van leukotriënen die betrokken zijn bij ontstekingen.
  • Monoamineoxidase (monooxygenase) ): Betrokken bij katabolisme van neurotransmitters zoals adrenaline, norepinefrine en dopamine.

Leidt zuurstofgebrek tot de dood alleen vanwege het stoppen van ATP-productie, of is er ook een andere reden?

Dood treedt voornamelijk op vanwege stopzetting van de ATP-productie. Sommige cellen, zoals neuronen (en misschien ook hartspieren), zijn zeer gevoelig voor zuurstofverlies (voor energiebehoeften) en klinische dood door hypoxie treedt meestal op als gevolg van verlies van basale hersenfunctie.

Welk percentage van de zuurstof die we via de ademhaling opnemen, wordt later door de ademhaling als koolstofdioxide verdreven?

Zoals reeds vermeld, wordt er gezegd dat er een ruwweg 1: 1 verhouding is tussen CO 2 productie en O 2 consumptie. Echter, zoals aangegeven in een opmerking van CurtF, vormt O 2 geen CO 2 ; het vormt water in de laatste reactie van ETC. CO 2 wordt geproduceerd in andere reacties van de Krebs-cyclus.

Glycolyse produceert 32 moleculen ATP voor 1 molecuul glucose via ETC (zie hier). Er zijn drie complexen in ETC en de derde is afhankelijk van zuurstof; dus je kunt ervan uitgaan dat een 1/2 molecuul O 2 wordt verbruikt voor de productie van 3 ATP-moleculen. Daarom zouden 32 moleculen ATP 4 moleculen O 2 verbruiken. Het lijkt erop dat er een verhouding van 1: 1 is tussen CO 2 -productie en O 2 -verbruik.

We kunnen het als volgt zien:

FADH 2 komt ETC binnen bij het tweede complex, terwijl NADH bij het eerste binnenkomt. We kunnen zeggen dat zolang NADH aanwezig is, FADH 2 geen extra zuurstof nodig heeft.

Een NADH of een FADH 2 -molecuul zou 1 / 2 molecuul van O 2 . Er zijn 8 moleculen NADH en 2 moleculen FADH 2 geproduceerd tijdens de glycolyse + krebs-cyclus waarvoor 10/2 = 5 moleculen van O 2 sub >. Glycolyse produceert 4 moleculen CO 2 tijdens krebs-cyclus.

Echter, 2 cytosolische NADH-moleculen vereisen 2 ATP's (met andere woorden een ander NADH-molecuul) om naar mitochondriën te worden getransporteerd. Dus het netto-effect kan in feite dicht bij 1: 1 O 2 : CO 2 liggen.

Een andere factor om in gedachten te houden is dat de drie complexen produceren eigenlijk geen ATP; ze pompen alleen protonen om een ​​chemisch potentieel te creëren. De F 0 F 1 -ATP-synthase zou waarschijnlijk alleen werken nadat een drempelwaarde van H + -potentieel is vastgesteld. Het 1 ATP-molecuul per complex is hoogstwaarschijnlijk de gemiddelde waarde en niet precies wat er werkelijk per reactie gebeurt.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...