Mida rakuhingamisel ei taaskasutata?

Maal domineerivad nähtava elu vormid, taimed ja loomad, toimivad üksteist täiendavalt, mis pole kindlasti juhus.

Taimede toitmiseks eluliselt tähtis aine ei ole muud kui jääkaine inimestel ja teistel loomadel ning a taimede poolt jäätmetena kõrvaldatud ainet vajavad loomad (ja sama taimeraku erinevad osad) aeroobseks tegevuseks hingamine. Sel moel "konserveeritakse" ka teisi molekule.

Neli fotosünteesi ja hingamise käigus ringlusse võetud ainet on: süsinikdioksiid (CO₂), mis eraldub rakuhingamisel jäätmetena ja mida taimed kasutavad glükoosi, hapnik (O₂), mida taimed eraldavad jäätmetena ja loomad võtavad raku hingamise jätkamiseks, glükoos (C₆H₁₂O₆), mida tarbitakse rakuhingamises ja mis on valmistatud CO-st₂ fotosünteesis ja vesi(H₂O), mis on rakuhingamise jääkaine, kuid vajalik fotosünteesiks ja paljude muude reaktsioonide jaoks.

Mõnes vormis rakuhingamine, kuigi ained on mitte reaktsioonides ringlussevõetud ja seega loetakse neid jäätmeteks, ehkki see ei tähenda tingimata, et inimesed pole leidnud selle "ühekordselt kasutatava" materjali kasutusvõimalusi.

Fotosüntees on see, kuidas taimed, kellel puuduvad suu ja üldse seedesüsteem, saavad toitu. Võttes süsinikdioksiidi gaasi oma lehtedes olevate avade kaudu, mida nimetatakse stoomiks, sisaldavad nad glükoosi ehitamiseks vajalikku toorainet. Osa sellest glükoosist kasutab taim ise rakuhingamisel, ülejäänud osa võib aga muutuda loomade toiduks.

Fotosünteesi esimene osa koosneb kerged reaktsioonid ja selleks on vaja valgusallikat. Valgus lööb taimerakkudes olevaid struktuure, mida nimetatakse kloroplastid, mis sisaldavad tülakoide, mis omakorda sisaldavad pigmentide rühma nn klorofüll. Lõpptulemuseks on fotosünteesi teise osa jaoks energia kogumine ja hapnikugaasi eraldumine jäätmetena.

Aastal tumedad reaktsioonid, mis ei vaja päikesevalgust (kuid see ei kahjusta seda), on süsinikdioksiid ühendatud viie süsinikuga ribuloos-1,5-bifosfaadiks nimetatud ühendi saamiseks kuue süsinikuga vaheühendiks, millest osa lõpuks muutub glükoosiks. Selle faasi energia pärineb ATP ja NADPH valgusreaktsioonides.

Fotosünteesi võrrand on:

6 CO₂ + 6 H₂O + valgusenergia → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Rakuhingamine on glükoosi täielik oksüdeerumine eukarüootsetes rakkudes.

See sisaldab nelja sammu: glükolüüs, glükoosi hapnikust sõltumatu muundamine püruvaadiks; sildreaktsioon, mis on püruvaadi oksüdeerumine atsetüülkoensüümiks A, Krebsi tsükkel, mis ühendas atsetüül-CoA oksaloatsetaadiga, saades kuue süsinikuga ühendi, mis lõpuks muundatakse taas oksaloatsetaadiks, saades elektronkandjad, ATP ja elektronide transpordiahel, kus tekitatakse suurem osa rakuhingamise ATP-st.

Neist kolm viimast etappi, mis hõlmavad aeroobset hingamist, toimuvad mitokondrites, glükolüüs aga tsütoplasmas. Levinud väärarusaam on see, et taimed läbivad fotosünteesi selle asemel rakuhingamine; tegelikult kasutavad nad mõlemat, kasutades esimest protsessi glükoosi valmistamiseks viimase protsessi sisendina.

Rakulise hingamise täielik võrrand on

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂→6 CO₂ + 6 H₂O + 36 (või 38) ATP

Kui püruvaati ei saa rakuhingamise aeroobsete reaktsioonide abil töödelda kas seetõttu, et hapnikku pole piisavalt või organismil puuduvad ensüümid selle kasutamiseks, käärimine on üks alternatiiv. Nii juhtub, kui jooksed kõikvõimaliku sprindi või tõstad raskeid raskusi ja lähed sellest anaeroobsest treeningust "hapnikuvõlga".

Selles protsessis piimhappe kääritamine, mis esineb ka tsütoplasmas, muundatakse püruvaat NAD tekitava redutseerimisreaktsiooni käigus piimhappeks⁺ pärit NADH-st. See teeb rohkem NAD-i⁺ saadaval glükolüüsi jaoks, mis koos püruvaadi eemaldamisega keskkonnast kipub glükolüüsi edasi viima. Laktaati võivad kasutada mõned loomarakud, kuid üldiselt peetakse seda jääkaineks.

Pärmis saadakse kääritamisel laktaadi asemel kahesüsinikprodukt etanool. Kuigi see on endiselt raiskamine, on vaieldamatu, et inimühiskonnad näeksid välja hoopis teistsugused, kui kogu maailmas poleks alkohoolsete jookide toimeainet etanooli.