Rakud on mikroskoopilised mitmeotstarbelised anumad, mis esindavad elu väikseimaid jagamatuid üksusi, kuna avaldavad paljunemist, ainevahetust ja muid "elutruud" omadusi. Tegelikult, kuna prokarüootsed organismid (bakterite ja Archaea klassifikatsiooni domeenide esindajad) koosnevad peaaegu alati ühest rakust, on paljud iseseisvad rakud sõna otseses mõttes elus.
Rakud kasutavad kütuse allikana molekuli, mida nimetatakse adenosiinitrifosfaadiks või ATP-ks. Prokarüootid tugineda ainult glükolüüs - glükoosi lagunemine püruvaadiks - kui rada ATP sünteesimiseks; see protsess annab glükoosi molekuli kohta kokku 2 ATP.
Seevastu eukarüootid - loomad, taimed ja seened - on nii palju suuremad kui ka prokarüootidest palju keerulisemad üksikud rakud, mistõttu ainuüksi glükolüüs on nende energiavajaduseks ebapiisav. Sinna rakuhingamine, glükoosi täielik lagunemine molekulaarse hapniku (O2) süsinikdioksiidiks (CO2) ja vesi (H2O) ATP moodustamiseks tuleb sisse.
Lisateave selle kohta, mis on rakuline hingamine.
Raku ainevahetuse terminoloogia
Rakuline hingamisprotsess toimub eukarüootides ja see hõlmab tehniliselt glükolüüsi Krebsi tsükkel ja elektronide transpordiahel (ETC). See on sellepärast, et kõik rakud ravivad esialgu glükoosi samamoodi - juhtides seda läbi glükolüüsi. Siis saab püruvaat prokarüootides siseneda ainult käärimisse, mis võimaldab glükolüüsi jätkata "ülesvoolu" NAD-nimelise vaheühendi regenereerimise kaudu.+.
Kuna eukarüootid saavad kasutada hapnikku, sisenevad püruvaadi süsiniku molekulid Krebsi tsüklisse atsetüül CoA-na ja lõpuks jäävad süsinikdioksiidina (CO2). Huvipakkuvad rakulised hingamisproduktid on 34–36 ATP, mis tekivad Krebsi tsüklis ja ETC koos - kaks rakuhingamise osa, mida loetakse aeroobne ("hapnikuga") hingamine.
Rakulise hingamise reaktsioonid
Kogu rakuhingamisprotsessi täielikku ja tasakaalustatud reaktsiooni saab näidata järgmiselt:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ~ 38 ATP
Ainult glükolüüs, anaeroobse hingamise vorm, mis esineb tsütoplasmas, koosneb reaktsioonist:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2O
Eukarüootides a üleminekureaktsioon mitokondrites tekitab Krebsi tsükli jaoks atsetüülkoensüümi A (atsetüül CoA):
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 koensüüm A → 2 atsetüül-CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
CO2 seejärel siseneb oksalatsetaadiga liitumisel Krebsi tsüklisse.
Rakulise hingamise etapid
Rakuhingamine algab glükolüüsist - 10 reaktsiooni reast, milles glükoosimolekul on fosforüülitud kaks korda (see tähendab, et sellel on kaks fosfaatrühma, mis on seotud erinevate süsinike juures), kasutades 2 ATP-d, ja seejärel jagatud kaheks iga saage 2 ATP püruvaadi moodustumise teel. Seega varustab glükolüüs 2 ATP-d otse glükoosimolekuli kohta, samuti kaks elektronkandja NADH molekuli, millel on ETC-s allavoolu tugev roll.
Krebsi tsüklis CO2 ja nelja süsinikuga ühend oksaloatsetaat ühineda, moodustades kuue süsiniku molekul tsitraat. Tsitraat redutseeritakse järk-järgult uuesti oksaloatsetaadiks, ketrades CO paari2 molekule ja tekitades ka 2 ATP CO kohta2 tsüklisse sisenev molekul või 4 ATP glükoosi kohta molekul ülesvoolu. Mis veelgi olulisem, kokku 6 NADH ja 2 FADH2 (teine elektronkandja) sünteesitakse.
Lõpuks NADH ja FADH elektronid2 (st nende vesinikuaatomid) eemaldatakse elektrontranspordiahela ensüümide abil ja kasutatakse fosfaatide ADP-ga kinnitumise võimendamiseks, saades palju ATP-d - kokku umbes 32. Selles etapis eraldub ka vesi. Seega on glükolüüsi, Krebsi tsükli ja ETC maksimaalne rakuhingamise ATP saagis 2 + 4 + 32 = 38 ATP glükoosi molekuli kohta.
Lisateavet rakuhingamise nelja etapi kohta.
