Sisu
Aeroobne hingamine, anaeroobne hingamine ja kääritamine on meetodid, kuidas elavad rakud saavad energiaallikast energiat. Kui kõik elusorganismid juhivad ühte või mitut neist protsessidest, on selleks võimeline ainult valitud organismide rühm fotosüntees mis võimaldab neil toitu päikesevalgusest toota. Kuid ka nendes organismides muundatakse fotosünteesi käigus toodetud toit rakuhingamise kaudu raku energiaks.
Aeroobse hingamise eristav omadus võrreldes kääritamisradadega on eeltingimus hapnikule ja palju suurem energiasaak glükoosi molekuli kohta.
Glükolüüs
Glükolüüs on universaalne algusrada, mida viiakse rakkude tsütoplasmas läbi glükoosi lagundamiseks keemiliseks energiaks. Glükoosi igast molekulist eralduvat energiat kasutatakse fosfaadi kinnitamiseks adenosindifosfaadi (ADP) nelja molekuli külge, et toota kaks adenosiintrifosfaadi (ATP) molekuli ja täiendav NADH molekul.
Fosfaatsidemesse salvestatud energiat kasutatakse teistes rakureaktsioonides ja seda peetakse sageli raku energia "valuutaks". Kuna glükolüüs nõuab aga kahe ATP molekuli energia sisestamist, on glükolüüsi puhassaak glükoosi molekuli kohta ainult kaks ATP molekuli. Glükoos ise lagundatakse glükolüüsi käigus püruvaadiks.
Aeroobne hingamine
Aeroobne hingamine toimub mitokondrites hapniku juuresolekul ja see eraldab suurema osa energiat protsessiks võimeliste organismide jaoks. Püruvaat viiakse mitokondritesse ja muundatakse atsetüül-CoA-ks, mis seejärel ühendatakse oksaloatsetaadiga, et saada sidrunhape sidrunhappetsükli esimeses etapis.
Järgnevad seeriad muudavad sidrunhappe tagasi oksaloatsetaadiks ja toodavad energiat kandvaid molekule koos NADH- ja FADH-viisidega2.
Krebsi tsükli igal pöördel on võimalik toota üks ATP molekul ja elektronide transpordiahela kaudu veel 17 ATP molekuli. Kuna glükolüüs annab Krebsi tsüklis kasutamiseks kaks püruvaadi molekuli, on aeroobse hingamise üldsaak 36 ATP glükoosi molekuli kohta lisaks kahele glükolüüsi käigus toodetud ATP-le.
Elektronide terminaalne aktseptor elektronide transpordiahela jooksul on hapnik.
Käärimine
Mitte segi ajada anaeroobse hingamisega, toimub kääritamine hapniku puudumisel rakkude tsütoplasmas ja see muudab püruvaadi jäätmesaaduseks, et toota energiat kandvaid molekule, mis on vajalikud glükolüüsi jätkamiseks. Kuna kääritamise käigus toodetakse ainus energia glükolüüsi kaudu, on glükoosi üldsaak molekuli kohta kaks ATP-d.
Ehkki energia tootmine on oluliselt väiksem kui aeroobne hingamine, võimaldab kääritamine jätkata kütuse muundamist energiaks hapniku puudumisel. Fermentatsiooni näideteks on piimhappe kääritamine inimestel ja teistel loomadel ning etanooli kääritamine pärmi abil. Jäätmed võetakse ringlusse kas siis, kui organism taastub aeroobsesse olekusse, või eemaldatakse need organismist.
Anaeroobne hingamine
Valitud prokarüootides leiduva anaeroobse hingamise puhul kasutatakse elektronide transpordiahelat sama palju kui aeroobset hingamist, kuid selle asemel, et kasutada lõpliku elektronaktseptorina hapnikku, kasutatakse muid elemente. Nende alternatiivsete aktseptorite hulka kuuluvad nitraat, sulfaat, väävel, süsinikdioksiid ja muud molekulid.
Need protsessid aitavad olulisel määral toitainete ringlust pinnases, samuti võimaldavad neil organismidel koloniseerida piirkondi, mida teised organismid ei ela.
Fotosüntees
Erinevalt erinevatest rakulistest hingamisteedest kasutavad fotosünteesi taimed, vetikad ja mõned bakterid ainevahetuseks vajaliku toidu tootmiseks. Taimedes toimub fotosüntees spetsiaalsetes struktuurides, mida nimetatakse kloroplastideks, samas kui fotosünteesivad bakterid viivad fotosünteesi läbi plasmamembraani membraani pikenduste.
Fotosünteesi võib jagada kahte etappi: valgust sõltuvad reaktsioonid ja valgusest sõltumatud reaktsioonid.
Valgusest sõltuvate reaktsioonide ajal kasutatakse valgusenergiat veest eemaldatud elektronide pingestamiseks ja a prootoni gradient mis omakorda tekitab suure energiatarbimisega molekule, mis õhutavad valgust sõltumatuid reaktsioone. Kuna elektronid eemaldatakse veemolekulidest, jaotatakse veemolekulid hapnikuks ja prootoniteks.
Prootonid aitavad kaasa prootonite gradiendile, kuid hapnik vabaneb. Valgusest sõltumatute reaktsioonide ajal kasutatakse valgusreaktsioonide käigus toodetud energiat suhkru molekulide tootmiseks süsinikdioksiidist protsessi, mida nimetatakse Calvini tsükliks.
Calvini tsükkel tekitab süsinikdioksiidi iga kuue molekuli kohta ühe molekuli suhkrut. Kombineerituna valgussõltuvates reaktsioonides kasutatavate veemolekulidega on üldine fotosünteesi valem 6 H2O + 6 CO2 + valgus → C6H12O6 + 6 O2.