Rakuhingamine on protsess, mille käigus rakud muundavad glükoosi (suhkru) süsinikdioksiidiks ja veeks. Selle käigus energia molekuli kujul, mida nimetatakse adenosiinitrifosfaatvõi ATP vabastatakse. Kuna selle reaktsiooni käivitamiseks on vaja hapnikku, peetakse raku hingamist ka teatud tüüpi "Põletav" reaktsioon, kus orgaaniline molekul (glükoos) oksüdeeritakse või põletatakse, vabastades energia protsess.
Rakud vajavad ATP-energiat kõigi eluks vajalike funktsioonide täitmiseks. Aga kui palju vajame ATP-d? Kui meie enda rakud ei asendaks ATP-d rakuhingamise kaudu pidevalt, kuluksime ühe päevaga ära peaaegu kogu oma kehakaal ATP-s.
Rakuline hingamine toimub kolmes etapis: glükolüüs, sidrunhappe tsükkel ja oksüdatiivne fosforüülimine.
Ensüümid
Ensüümid on valgud, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone või mõjutavad nende kiirust, ilma et nad ise protsessis muutuksid. Spetsiifilised ensüümid katalüüsivad iga rakureaktsiooni.
Ensüümide peamine roll hingamisreaktsiooni ajal on aidata elektronide ülekandmisel ühest molekulist teise. Neid ülekandeid nimetatakse redoksreaktsioonideks, kus elektronide kadu ühest molekulist (oksüdeerumine) peab langema kokku elektronide lisamisega teisele ainele (redutseerimine).
Glükolüüs
See hingamisreaktsiooni esimene etapp toimub tsütoplasmavõi raku vedelik. Glükolüüs koosneb üheksast eraldi keemilisest reaktsioonist, millest igaüks on katalüüsitud konkreetse ensüümi abil.
Glükolüüsi võtmemängijad on ensüüm dehüdrodenaas ja koensüüm (mittevalguline abistaja), mida nimetatakse NAD +. Dehüdrodenaas oksüdeerib glükoosi, eemaldades sellest kaks elektroni ja viies need NAD + -ni. Selle käigus glükoos jaguneb kaheks püruvaadi molekuliks, mis jätkavad reaktsiooni.
Sidrunhappe tsükkel
Hingamisreaktsiooni teine etapp toimub raku organelli sees, mida nimetatakse mitokondrid, mida tänu oma rollile ATP tootmises nimetatakse raku “tehasteks”.
Vahetult enne sidrunhappetsükli algust "hooldatakse" püruvaati reaktsiooni jaoks, muundades selle suure energiaga aineks, mida nimetatakse atsetüülkoensüümiks A või atsetüül-CoA-ks.
Mitokondrites asuvad spetsiifilised ensüümid juhivad seejärel palju sidrunhapet moodustavaid reaktsioone tsükkel (tuntud ka kui Krebsi tsükkel), korraldades keemilisi sidemeid ja osaledes rohkem redoksides reaktsioonid.
Selle etapi lõppedes lahkuvad elektrone kandvad molekulid sidrunhappetsüklist ja alustavad kolmandat etappi.
Oksüdatiivne fosforüülimine
Hingamisreaktsiooni viimane samm, mida nimetatakse ka elektronide transpordiahel, on raku energia tasuvus. Selle etapi käigus juhib hapnik elektronide liikumise ahelat üle mitokondrite membraani. See elektronide ülekanne võimendab ensüümi ATP süntaasi võimet toota 38 ATP molekuli.