Главная/Библиотека/Дыхательная цепь

Дыхательная цепь: где окупается вся глюкоза

NADH и FADH₂ — это «заряженные аккумуляторы» с прошлых этапов. Здесь их разряжают: электроны бегут по цепочке комплексов, качают протоны за мембрану, а те, возвращаясь через турбину, «печатают» основную массу ATP.

Раздел · Энергетика внутренняя мембрана митохондрии ⏱ ~15 мин
Эстафета электронов

Электроны как «горячая картошка»

Каждый комплекс хватает электроны, подскакивает на высокий уровень энергии, ему это «не нравится» — и он спихивает их дальше. Финиш — кислород, самый жадный до электронов.

NADH → комплекс I
           кофермент Q → комплекс IIIцитохром c → комплекс IV½ O₂ → H₂O
FADH₂ → комплекс II(он же сукцинатдегидрогеназа из цикла Кребса)

Кофермент Q (убихинон) и цитохром c — подвижные «курьеры»: перевозят электроны между комплексами. Кислород в конце забирает электроны и с протонами образует воду — вот зачем нужно дышать.

схемаКомплексы I–IV на мембране. Здесь: поток электронов I/II → Q → III → цит c → IV → O₂, с выбросом протонов наружу.
Протонный насос

Три комплекса качают протоны, один — нет

Спихивая электроны вниз по энергии, комплексы I, III и IV выталкивают протоны H⁺ из матрикса в межмембранное пространство. Комплекс II не качает — поэтому FADH₂ приносит меньше ATP.

Комплекс Iкачает H⁺ ✓ · вход для NADH
Комплекс IIне качает — · вход для FADH₂
Комплекс IIIкачает H⁺ ✓
Комплекс IVкачает H⁺ ✓ · отдаёт электроны на O₂

Почему NADH «дороже» FADH₂

NADH заходит на комплексе I → проходит мимо насосов I, III, IV → ~3 ATP. FADH₂ заходит позже, на комплексе II → достаёт только III и IV → ~2 ATP.

Хемиосмос

ATP-синтаза — турбина на протонах

Снаружи мембраны протонов много, внутри мало. Они рвутся обратно — но пройти могут только через ATP-синтазу (комплекс V). Поток протонов крутит её ротор, как вода — турбину ГЭС, а энергия вращения идёт на сборку ATP из АДФ + Pi. Это и есть окислительное фосфорилирование.

схемаATP-синтаза. Здесь: протоны текут через ротор → вращение → β-субъединицы «сжимают» АДФ+Pi в ATP (хемиосмотическая теория).

Та же аналогия гидроэлектростанции, что на главной: протонный градиент — вода за плотиной, ATP-синтаза — турбина.

Сводим всё

Сколько ATP с одной глюкозы

Пересчёт по классическим коэффициентам: 1 NADH → 3 ATP, 1 FADH₂ → 2 ATP.

Гликолиз2 ATP + 2 NADH → 2 + 6 = 8
Переходный этап2 NADH → 6
Цикл Кребса6 NADH + 2 FADH₂ + 2 ATP → 18 + 4 + 2 = 24
Итого на 1 глюкозу≈ 38 ATP

Это ◆ уточнениеЧисло 38 — по старым «круглым» коэффициентам. Современная оценка ~30–32 ATP: реально NADH даёт ≈2,5, а FADH₂ ≈1,5 ATP, плюс энергия тратится на челноки NADH из цитоплазмы и на транспорт через мембрану.. Основная масса — из дыхательной цепи; лишь 4 ATP делаются напрямую (субстратно).

Клинический смысл

Чем цепь можно отравить

блокаторы

Обрыв цепи

Цианид и угарный газ (CO) блокируют комплекс IV — электроны не доходят до O₂, вся цепь встаёт, ATP не делается. Смертельно быстро.

разобщители

Дырка в мембране

Разобщители (напр. 2,4-динитрофенол) пропускают протоны мимо турбины: градиент «сливается» в тепло, ATP не образуется — отсюда перегрев и опасность.

Ловушки

Где чаще всего спотыкаются

✗ «Кислород работает по всей цепи»
O₂ вступает только в самом конце, на комплексе IV: забирает электроны и становится водой.
✗ «FADH₂ равен NADH по выходу»
FADH₂ входит позже, на комплексе II, и минует один насос. Отсюда меньше ATP: около 2 против ~3 у NADH.
✗ «Протоны сами делают ATP»
Протоны крутят турбину (ATP-синтазу), а лепит ATP уже она. Градиент — посредник.
✗ «Все комплексы качают протоны»
Качают I, III и IV. Комплекс II — единственный, кто не качает.
Тренажёр рассуждений

Не угадать ответ, а построить его

Прочитай вопрос и подумай сам. Потом открывай по шагу, будто рядом преподаватель и спрашивает «а почему?».

Цианид блокирует комплекс IV. Почему смерть быстрая, хотя кислорода в крови полно?
Что делает комплекс IV?
Отдаёт электроны кислороду. Заблокировали — электронам некуда деться.
Что с цепью и градиентом?
Вся цепь забивается и встаёт → протоны не качаются → ATP-синтаза стоит.
Чем это грозит?
Клетки без ATP гибнут, первыми сердце и мозг. Кислород в крови есть, но использовать его нечем.
Вывод. Это «внутреннее удушье»: ткани не могут дышать при полном кислороде. Так же бьёт угарный газ.
Показать следующий шаг →
Разобщитель (динитрофенол) дырявит мембрану для протонов. Почему человек перегревается, а ATP мало?
Куда пойдут протоны?
Обратно внутрь, но мимо турбины — через дырку в мембране.
Что с ATP?
Градиент сливается, ATP-синтаза почти не крутится → ATP мало.
Куда девается энергия?
Уходит в тепло → перегрев, опасная гипертермия.
Вывод. Разобщение превращает топливо прямо в тепло. В норме так греет тело бурый жир.
Показать следующий шаг →
Мини-кейс

Собери путь от яда к симптому

Зимой семью нашли без сознания в доме с неисправным котлом. Кожа вишнёво-красная, пульсоксиметр показывает «нормальные» цифры, но ткани явно в кислородном голоде.

Что за яд и почему ткани задыхаются при «нормальной» сатурации?
Что за газ от котла?
Угарный газ (CO).
Как он бьёт по кислороду?
CO цепляется к гемоглобину крепче кислорода → кровь перестаёт возить O₂. А ещё CO глушит комплекс IV.
Почему сатурация обманывает?
Обычный пульсоксиметр путает CO-гемоглобин с кислородным и рисует «норму», хотя кислорода тканям не достаётся.
Вывод. CO душит дважды: срывает доставку кислорода и глушит дыхательную цепь. Вишнёвый цвет и обманчивая сатурация — подсказки.
Показать следующий шаг →
Повторение

Закрепить с интервалами

Карточки подстраиваются под тебя: «легко» отодвигает повтор дальше, «снова» возвращает скоро. Прогресс хранится в браузере.

Куда дальше

Связи с другими темами

Ветка завершена

Глюкоза → энергия: весь путь пройден

Выбрать новую тему →