Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Rakkude liigid, mis kasutavad glükoosi energia saamiseks
- Rakuline hingamine võimaldab organismidel glükoosienergiat hõivata
- Rakuline hingamine algab glükoosi purustamisel kaheks osaks
- Milline rakk organellidest vabastab toidus salvestatud energiat?
- Sidrunhappe tsükkel toodab ensüüme raku hingamiseks
- Elektronide transpordiahel hõivab suurema osa energiast rakuhingamisel
- ATP-molekul salvestab oma fosfaatsidemetes rakuhingamisenergia
Elusorganismid moodustavad energiaahela, milles taimed toodavad toitu, mida loomad ja muud organismid energia saamiseks kasutavad. Peamine protsess, millest toitu toodetakse, on fotosüntees taimedes ja toidu energiaks muundamise peamine meetod on rakuhingamine.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Rakkude poolt kasutatav energiat edastav molekul on ATP. Rakulise hingamise protsess muundab molekuli ADP ATP-ks, kus energia salvestub. See toimub kolmeastmelise glükolüüsi protsessi, sidrunhappe tsükli ja elektronide transpordiahela kaudu. Rakuline hingamine lõheneb ja oksüdeerib glükoosi, moodustades ATP molekulid.
Fotosünteesi käigus hõivavad taimed valgusenergiat ja kasutavad seda taimerakkudes keemiliste reaktsioonide võimendamiseks. Valgusenergia laseb taimedel moodustada õhus sisalduva süsinikdioksiidi süsiniku vesiniku ja veest tuleva hapnikuga glükoos.
Rakulises hingamises söövad organismid nagu loomad glükoosi sisaldavat toitu ja lõhustavad glükoosi energiaks, süsinikdioksiidiks ja veeks. Süsinikdioksiid ja vesi väljutatakse organismist ja energia salvestub molekulis, mida nimetatakse adenosiintrifosfaadiks või ATP. Rakkude poolt kasutatav energiat edastav molekul on ATP ja see annab energiat kõigi muude rakkude ja organismide toiminguteks.
Rakkude liigid, mis kasutavad glükoosi energia saamiseks
Elusorganismid on kas üherakulised prokarüootid või eukarüootid, mis võivad olla üherakulised või mitmerakulised. Peamine erinevus nende kahe vahel on see, et prokarüootidel on lihtne rakustruktuur, millel pole tuuma ega rakuorganeid. Eukarüootidel on alati tuum ja keerukamad rakuprotsessid.
Mõlemat tüüpi üherakulised organismid saavad energia saamiseks kasutada mitut meetodit ja paljud kasutavad ka rakulist hingamist. Kaugelearenenud taimed ja loomad on kõik eukarüootid ja nad kasutavad rakulist hingamist peaaegu eranditult. Taimed kasutavad päikesest saadava energia saamiseks fotosünteesi, kuid salvestavad seejärel suurema osa sellest energiast glükoosi kujul.
Nii taimed kui ka loomad kasutavad fotosünteesi käigus toodetud glükoosi energiaallikas.
Rakuline hingamine võimaldab organismidel glükoosienergiat hõivata
Fotosüntees toodab glükoosi, kuid glükoos on vaid keemilise energia salvestamise viis ja rakud ei saa seda otseselt kasutada. Üldise fotosünteesi protsessi võib kokku võtta järgmise valemiga:
6CO2 + 12H2O + valgusenergia → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Taimed kasutavad muundamiseks fotosünteesi valgusenergia keemilisse energiasse ja nad salvestavad keemilise energia glükoosis. Salvestatud energia kasutamiseks on vaja teist protsessi.
Rakuline hingamine muundab glükoosis talletatud keemilise energia ATP molekulis talletatud keemiliseks energiaks. Kõik rakud kasutavad ATP-d oma ainevahetuse ja tegevuse tugevdamiseks. Lihasrakud kuuluvad nende rakkude hulka, mis kasutavad energia saamiseks glükoosi, kuid muudavad selle kõigepealt ATP-ks.
Rakkude hingamise üldine keemiline reaktsioon on järgmine:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP molekulid
Rakud lõhustavad glükoosi süsinikdioksiidiks ja veeks, saades samal ajal energiat, mida nad ATP molekulides talletavad. Seejärel kasutavad nad ATP energiat sellisteks tegevusteks nagu lihaste kokkutõmbumine. Rakkude täielik hingamise protsess on kolm etappi.
Rakuline hingamine algab glükoosi purustamisel kaheks osaks
Glükoos on kuue süsinikuaatomiga süsivesik. Rakulise hingamisprotsessi esimesel etapil nimetatakse glükolüüslahutab rakk glükoosimolekulid kaheks püruvaatmolekuliks ehk kolme süsiniku molekuliks. Protsessi alustamiseks kulub energiat, nii et rakuvarudest kasutatakse kahte ATP-molekuli.
Protsessi lõpus, kui kaks püruvaatmolekuli on loodud, vabaneb energia ja talletub neljas ATP molekulis. Glükolüüsil kasutatakse kahte ATP molekuli ja iga töödeldud glükoosimolekuli kohta saadakse neli. Puhaskasum on kaks ATP molekuli.
Milline rakk organellidest vabastab toidus salvestatud energiat?
Glükolüüs algab raku tsütoplasmas, kuid raku hingamisprotsess toimub peamiselt raku tsütoplasmas mitokondrid. Rakutüüpideks, mis energia saamiseks kasutavad glükoosi, kuuluvad peaaegu kõik inimkeha rakud, välja arvatud kõrgelt spetsialiseerunud rakud nagu vererakud.
Mitokondrid on väikesed membraaniga seotud organellid ja need on ATP-d tootvad rakutehased. Neil on sile välismembraan ja tugevalt volditud sisemine membraan kus toimuvad rakulised hingamisreaktsioonid.
Reaktsioonid toimuvad kõigepealt mitokondrites, et tekitada energiagradient läbi sisemise membraani. Järgnevad membraaniga seotud reaktsioonid toodavad energiat, mida kasutatakse ATP-molekulide loomiseks.
Sidrunhappe tsükkel toodab ensüüme raku hingamiseks
Glükolüüsi käigus toodetud püruvaat ei ole rakuhingamise lõppsaadus. Teises etapis töödeldakse kaks püruvaatmolekuli teiseks vaheaineks, mida nimetatakse atsetüül CoA. Atsetüül-CoA siseneb sidrunhappe tsüklisse ja algses glükoosi molekulis olevad süsiniku aatomid muundatakse täielikult CO2. Sidrunhappe juur võetakse ringlusse ja ühendatakse protsessi korramiseks uue atsetüül-CoA molekuliga.
Süsinikuaatomite oksüdeerimisel saadakse veel kaks ATP molekuli ja muundatakse ensüümid NAD+ ja FAD to NADH ja FADH2. Muundatud ensüüme kasutatakse rakuhingamise kolmandas ja viimases etapis, kus nad toimivad elektronide doonorina elektronide transpordiahelas.
ATP molekulid hõivavad osa toodetud energiast, kuid suurem osa keemilisest energiast jääb NADH molekulidesse. Sidrunhappe tsükli reaktsioonid toimuvad mitokondrites.
Elektronide transpordiahel hõivab suurema osa energiast rakuhingamisel
elektronide transpordiahel (JNE) koosneb mitmest ühendist, mis asuvad mitokondrite sisemisel membraanil. See kasutab NADH ja FADH elektrone2 ensüümid, mis on toodetud sidrunhappe tsükli kaudu prootonite pumpamiseks läbi membraani.
Reaktsioonide ahelas on NADH ja FADH kõrge energiaga elektronid2 Seejärel juhitakse ETC-ühendite seeriad edasi, iga etapp viib madalama elektronide energiaseisundini ja prootonid pumbatakse üle membraani.
ETC reaktsioonide lõpus võtavad hapniku molekulid vastu elektrone ja moodustavad veemolekulid. Algselt glükoosimolekuli poolitamisel ja oksüdeerimisel saadud elektronienergia on muudetud a-ks prootonienergia gradient läbi mitokondrite sisemise membraani.
Kuna kogu sisemembraanis on prootonite tasakaalustamatus, kogevad prootonid jõudu hajuda tagasi mitokondrite sisemusse. Ensüüm nimega ATP süntaas on suletud membraani ja loob ava, mis võimaldab prootonitel liikuda tagasi üle membraani.
Kui prootonid läbivad ATP süntaasi ava, kasutab ensüüm prootonitest saadavat energiat ATP molekulide loomiseks. Selles etapis hõivatakse suurem osa rakulise hingamise energiast ja seda hoitakse 32 ATP molekulis.
ATP-molekul salvestab oma fosfaatsidemetes rakuhingamisenergia
ATP on keeruline orgaaniline kemikaal adeniini aluse ja kolme fosfaatrühmaga. Energia salvestub fosfaatrühmi hoidvates sidemetes. Kui rakk vajab energiat, purustab see ühe fosfaatrühmade sideme ja kasutab keemilist energiat uute sidemete loomiseks teistes rakuainetes. ATP molekul muutub adenosiindifosfaadiks või ADP.
Rakulises hingamises kasutatakse vabanenud energiat fosfaatrühma lisamiseks ADP-le. Fosfaatrühma lisamine haarab energiat glükolüüsist, sidrunhappe tsüklist ja suurest energiast ETC-st. Saadud ATP molekule saab organism kasutada sellisteks tegevusteks nagu liikumine, toidu otsimine ja paljunemine.