Sisu
Rakuhingamine on mitmesuguste biokeemiliste vahendite summa, mida eukarüootsed organismid ekstraheerimiseks kasutavad energia konkreetselt toidust glükoos molekulid.
Rakuline hingamisprotsess koosneb neljast põhietapist või etapist: Glükolüüs, mis esineb kõigis organismides, prokarüootses ja eukarüootses; sillareaktsioon, mis juhendab aeroobse hingamise etappi; ja Krebsi tsükkel ja elektronide transpordiahel, hapnikust sõltuvad rajad, mis toimuvad järjestikku mitokondrites.
Rakulise hingamise etapid ei toimu sama kiirusega ja sama reaktsioonikomplekt võib sama organismi eri aegadel toimuda erineva kiirusega. Näiteks eeldatakse, et intensiivse lihaste glükolüüsi kiirus suureneb märkimisväärselt anaeroobne treening, mis põhjustab "hapnikuvõlga", kuid aeroobse hingamise sammud ei kiirene märkimisväärselt, kui treeningut ei tehta aeroobsel, "maksa kohe-kohe" intensiivsuse tasemel.
Rakkude hingamise võrrand
Raku täielik hingamise valem näib allikast pisut erinev, sõltuvalt sellest, mida autorid otsustavad lisada oluliste reagentide ja toodete hulka. Näiteks jätavad paljud allikad elektronkandjad NAD+/ NADH ja FAD2+/ FADH2 biokeemilisest bilansist.
Üldiselt muundatakse kuue süsiniku suhkru molekuli glükoos hapniku juuresolekul süsinikdioksiidiks ja veeks, saades 36–38 molekuli ATP-d (adenosiintrifosfaat, rakkude kogu looduses kasutatav "energiavaluuta"). Seda keemilist võrrandit esindab järgmine võrrand:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP
Glükolüüs
Rakulise hingamise esimene etapp on glükolüüs, mis koosneb kümnest reaktsioonist, mis ei vaja hapnikku ja toimub seega igas elusrakus. Prokarüootid (domeenidest bakterid ja arhaea, endist nimega "arhebakterid") kasutavad glükolüüsi peaaegu eranditult, eukarüootid (loomad, seened, protistid ja taimed) kasutavad seda aga peamiselt aeroobse hingamise energeetiliselt tulusamate reaktsioonide lauanõustajana.
Glükolüüs toimub tsütoplasmas. Protsessi "investeerimisfaasis" tarbitakse kaks ATP-d, kuna glükoosi derivaadile lisatakse kaks fosfaati enne selle jagamist kaheks kolme süsiniku ühendiks. Need muundatakse kaheks molekuliks püruvaat, 2 NADH ja neli ATP-d kahe ATP puhaskasum.
Sillareaktsioon
Rakulise hingamise teine etapp, üleminek või sillareaktsioon, saab vähem tähelepanu kui ülejäänud rakuhingamine. Nagu nimest nähtub, ei saaks aga glükolüüsist aeroobsete reaktsioonideni pääseda kaugemale.
Selles mitokondrites toimuvas reaktsioonis muundatakse glükolüüsi käigus saadud kaks püruvaadi molekuli atsetüülkoensüümi A (atsetüül CoA) kaheks molekuliks kahe CO2 toodetakse ainevahetusjäätmetena. ATP-d ei toodeta.
Krebsi tsükkel
Krebsi tsükkel ei anna palju energiat (kaks ATP-d), kuid ühendades kahe süsiniku molekuliga atsetüül-CoA ja nelja süsiniku molekuli oksaloatsetaadiga ning tsüklides saadud produkti läbi rea üleminekute, mis trimmerdavad molekuli tagasi oksaloatsetaadiks, tekib see kaheksa NADH ja kaks FADH2, veel üks elektronkandja (neli NADH ja üks FADH2 glükolüüsi ajal rakuhingamisele siseneva glükoosimolekuli kohta).
Neid molekule on vaja elektronide transpordiahela jaoks ja nende sünteesi käigus veel neli CO2 molekulid eraldatakse rakust jäätmetena.
Elektronide transpordiahel
Rakulise hingamise neljas ja viimane etapp on peamine energia "loomine". Elektronid, mida kannavad NADH ja FADH2 Need molekulid tõmmatakse mitokondriaalses membraanis ensüümide abil ja neid kasutatakse oksüdatiivse fosforüülimise nimetatava protsessi juhtimiseks, kus elektrokeemiline gradient, mida juhivad ülalnimetatud elektronide vabanemine, annab ADP-le fosfaatmolekulide lisamise ATP saamiseks.
Hapnik Selle sammu jaoks on vajalik, kuna see on ahelas viimane elektronide aktseptor. See loob H2O, seega tuleb sellest sammust vesi rakulise hingamise võrrandist.
Kokku genereeritakse selles etapis 32 kuni 34 ATP molekuli, sõltuvalt sellest, kuidas energiasaagis summeeritakse. Seega rakuline hingamine annab kokku 36 kuni 38 ATP: 2 + 2 + (32 või 34).