Question:
Pourquoi le corps humain utilise-t-il l'oxygène en plus de l'accepteur d'électrons final dans la chaîne de transport d'électrons?
Gordon Gustafson
2012-01-04 01:56:36 UTC
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Mes professeurs de biologie n'ont jamais expliqué pourquoi les animaux ont besoin de respirer de l'oxygène, mais simplement que nous, les organismes, mourons si nous ne recevons pas d'oxygène trop longtemps. Peut-être que l'un d'eux a mentionné qu'il était utilisé pour fabriquer de l'ATP. Maintenant, dans mon cours de biologie AP, nous avons finalement appris les spécificités de la façon dont l'oxygène est utilisé dans la chaîne de transport d'électrons en raison de sa haute électronégativité. Mais je suppose que ce n'est probablement pas la seule raison pour laquelle nous avons besoin d'oxygène.

À quelles autres fins l'oxygène que nous absorbons par la respiration sert-il? La privation d'oxygène entraîne-t-elle la mort uniquement en raison de l'arrêt de la production d'ATP, ou y a-t-il une autre raison également? Quel pourcentage de l'oxygène absorbé par la respiration est expulsé plus tard par la respiration sous forme de dioxyde de carbone?

Le corps n'utilise-t-il pas la lumière du soleil et l'oxygène pour créer du peroxyde dans la peau pour des raisons immunitaires? J'ai entendu ça une fois de quelque part
Cinq réponses:
#1
+28
jonsca
2012-01-04 04:30:05 UTC
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Le superoxyde, O 2 - est créé par le système immunitaire dans les phagocytes (y compris les neutrophiles, les monocytes, macrophages, cellules dendritiques et mastocytes) qui utilisent la NADPH oxydase pour la produire à partir d'O 2 pour une utilisation contre les micro-organismes envahisseurs. Cependant, dans des conditions normales, la chaîne de transport d'électrons mitochondriale est une source majeure d'O 2 - , convertissant jusqu'à peut-être 5% d'O 2 au superoxyde. [1]

En remarque, il y a deux faces à cette médaille. Bien que ce soit un outil utile contre les micro-organismes, la formation des espèces réactives de l'oxygène a été incriminée dans les réactions auto-immunes et le diabète (type 1). [2]

[1] Packer L, éd. Methods in Enzymology , volume 349. San Diego, Californie: Academic Press; 2002

[2] Thayer TC, Delano M, et al. (2011) La production de superoxyde par les macrophages et les cellules T est essentielle pour l'induction de l'autoréactivité et du diabète de type 1, 60 (8), 2144-51.

#2
+28
Konrad Rudolph
2012-01-04 04:32:43 UTC
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L'oxygène est en fait très toxique pour les cellules et les organismes - les espèces réactives de l'oxygène provoquent un stress oxydatif, essentiellement des dommages cellulaires et contribuant au vieillissement cellulaire. De nombreux organismes anaérobies n'ont jamais appris à y faire face et meurent presque immédiatement lorsqu'ils sont exposés à l'oxygène. Un exemple classique de ceci est C. botulinum .

L'oxygène est incorporé dans plusieurs molécules de la cellule (par exemple les riboses et certains acides aminés) mais pour autant que je sache, tous de ceci entre dans la cellule sous forme de produits métaboliques, et non sous forme d'oxygène pur.

L'oxygène ( $ \ ce {O2} $ ) nous respirons est complètement épuisé pendant la respiration aérobie. La stoechiométrie de ceci est donnée par l ' équation simplifiée suivante:

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

La réponse de WYSIWYG entre plus en détail.

L'oxygène n'est pas converti en dioxyde de carbone! Il est converti en eau.
#3
+19
kasia
2012-01-05 02:07:12 UTC
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Vous savez probablement maintenant que la cytochrome c oxydase, le dernier complexe de la chaîne de transport d'électrons, appartient à une classe d'enzymes appelées oxydoréductases, qui utilisent des atomes d'oxygène comme accepteurs d'électrons. Un type d'oxydoréductases sont les oxydases, des enzymes qui (au moins en théorie [1]) utilisent l'oxygène moléculaire - O 2 , comme dans l'air - comme accepteur d'électrons. D'après ce que je sais, cependant, ce n'est parfois pas le cas: la xanthine oxydase, qui convertit la xanthine en acide urique, tire ses atomes d'oxygène de l'eau [2]. Des exemples de «vraies» oxydases comprennent la L-amino-acide oxydase et le cytochrome P450 (alias la famille CYP).

Bien que le cytochrome P450 soit une famille d'enzymes nombreuse et importante, responsable de la plupart des métabolismes connus des médicaments et certaines transformations lipidiques essentielles, il ne consomme probablement qu'une fraction de l'oxygène que les animaux respirent. Je n'ai pas pu trouver d'estimations, mais je serais surpris que ce soit plus que peut-être 0,1%.


[1] Introduction à la classe EC1

[2] Metz, S. & Thiel, W. Une étude combinée QM / MM sur le demi-réducteur Réaction de la xanthine oxydase: orientation et mécanisme du substrat. Confiture. Chem. Soc. 2009, 131, 14885–14902, PMID: 20050623.

#4
+11
mgkrebbs
2012-01-04 14:44:54 UTC
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L'utilisation écrasante de l'oxygène est de nous fournir (en combinaison avec la nourriture) de l'énergie. Nous avons un grand besoin d'énergie dans nos cellules, c'est pourquoi nous avons ces poumons, diaphragmes, globules rouges, etc. ils assurent que nous obtenons l'oxygène pour obtenir l'énergie (via la chaîne de transport d'électrons).

Le métabolisme global du glucose (C 6 H 12 O 6 ) est une réaction représentative:

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

Vous pouvez le voir tout autant l'oxygène sort sous forme de CO 2 gazeux comme il est entré sous forme d'oxygène gazeux (O 2 ).

L'énergie est temporairement conservée sous forme de liaison phosphate dans les molécules d'ATP afin qu'elle puisse être transportée autour de la cellule vers la multitude de processus cellulaires qui ont besoin d'énergie.

L'énergie est si essentiel aux processus cellulaires qui maintiennent les cellules animales que le manque de cette énergie, qui se produit rapidement en cas de privation d'oxygène, provoque rapidement des dommages irréversibles et la mort.

Pourquoi la fermentation n'est-elle pas une solution possible? Nous avons besoin de chiffres (sur la quantité d'énergie) et de références.
Cette réaction représentative n'est pas vraiment correcte et vous le savez. L'OP a déjà indiqué qu'il connaissait le rôle de l'oxygène comme accepteur terminal d'électrons.
#5
+9
WYSIWYG
2015-06-12 17:49:11 UTC
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Un autre petit ajout


Il existe une classe d'oxydoréductases appelées oxygénases qui incorporent de l'oxygène moléculaire dans les substrats et ne l'utilisent pas seulement comme un accepteur d'électrons comme dans les oxydases (notez que l'enzyme terminale dans ETC est une oxydase et qu'il existe d'autres oxydases). En d'autres termes, l'oxygène n'est pas un cofacteur mais un co-substrat. Les oxygénases sont en outre classées en dioxygénases et monooxygénases qui incorporent respectivement deux atomes d'oxygène et un atome d'oxygène. Exemples:

  • Famille du cytochrome P450 (monooxygénase): impliquée dans la détoxification des xénobiotiques
  • Cyclooxygénase (dioxygénase): impliquée dans la production de prostaglandines impliquées dans la douleur et l'inflammation. De nombreux analgésiques AINS comme l'aspirine, le paracétamol et l'ibuprofène ciblent la cyclooxygénase-2 (COX2)
  • Lipoxygénase (dioxygénase): impliquée dans la production de leucotriènes impliqués dans l'inflammation.
  • Monoamine oxydase (monooxygénase) ): Impliqué dans le catabolisme des neurotransmetteurs tels que l'épinéphrine, la norépinéphrine et la dopamine.

La privation d'oxygène entraîne-t-elle la mort uniquement en raison de l'arrêt de la production d'ATP, ou y a-t-il une autre raison également?

Décès se produit principalement en raison de l'arrêt de la production d'ATP. Certaines cellules telles que les neurones (et peut-être aussi les muscles cardiaques) sont très sensibles à la perte d'oxygène (pour les besoins énergétiques) et la mort clinique due à l'hypoxie se produit généralement en raison de la perte des fonctions cérébrales de base.

Quel pourcentage de l'oxygène absorbé par la respiration est expulsé plus tard par la respiration sous forme de dioxyde de carbone?

Comme déjà mentionné, on dit qu'il existe un rapport approximatif de 1: 1 entre la production de CO 2 et la consommation d'O 2 . Cependant, comme indiqué dans un commentaire de CurtF, O 2 ne forme pas CO 2 ; il forme de l'eau dans la dernière réaction d'ETC. Le CO 2 est produit dans d'autres réactions du cycle de Krebs.

La glycolyse produit 32 molécules d'ATP pour 1 molécule de glucose via ETC (voir ici). Il existe trois complexes dans l'ETC et le troisième dépend de l'oxygène; on peut donc supposer que 1/2 molécule d'O 2 est consommée pour la production de 3 molécules d'ATP. Par conséquent, 32 molécules d'ATP consommeraient 4 molécules d'O 2 . On dirait qu'il y a un rapport 1: 1 entre la production de CO 2 et la consommation d'O 2 .

Nous pouvons le voir comme ceci:

FADH 2 entre ETC au deuxième complexe tandis que NADH entre au premier. On peut dire que tant que le NADH est présent, le FADH 2 ne nécessitera pas d’oxygène supplémentaire.

Une molécule de NADH ou de FADH 2 nécessiterait 1 / 2 molécule d'O 2 . Il y a 8 molécules de NADH et 2 molécules de FADH 2 produites pendant le cycle glycolyse + krebs qui nécessiteraient 10/2 = 5 molécules de O 2 sub >. La glycolyse produit 4 molécules de CO 2 pendant le cycle de krebs.

Cependant, 2 molécules NADH cytosoliques nécessitent 2 ATP (en d'autres termes une autre molécule NADH) pour être transportées vers les mitochondries. Ainsi, l'effet net peut être en fait proche de 1: 1 O 2 : CO 2 .

Un autre facteur à prendre en compte est que les trois complexes ne produisent pas réellement d'ATP; ils ne font que pomper des protons pour créer un potentiel chimique. La synthase F 0 F 1 -ATP ne fonctionnerait probablement qu'après l'établissement d'un seuil de potentiel H + . La 1 molécule d'ATP par complexe est très probablement la valeur moyenne et pas exactement ce qui se passe réellement par réaction.



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