უჯრედული სუნთქვა არის სხვადასხვა ბიოქიმიური საშუალებების ჯამი, რომელთა მოპოვებასაც ევკარიოტული ორგანიზმები იყენებენ ენერგია საკვებიდან, კერძოდ გლუკოზა მოლეკულები.
ფიჭური სუნთქვის პროცესი მოიცავს ოთხ ძირითად ეტაპს ან საფეხურს: გლიკოლიზი, რაც გვხვდება ყველა ორგანიზმში, პროკარიოტული და ეუკარიოტული; ხიდის რეაქცია, რომელიც ადგენს აერობული სუნთქვის ეტაპს; და კრებსის ციკლი და ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი, ჟანგბადზე დამოკიდებული გზები, რომლებიც თანმიმდევრობით ხდება მიტოქონდრიებში.
უჯრედული სუნთქვის საფეხურები არ ხდება ერთი და იგივე სიჩქარით, და იგივე რეაქცია შეიძლება სხვადასხვა ტემპით მიმდინარეობდეს ერთსა და იმავე ორგანიზმში, სხვადასხვა დროს. მაგალითად, კუნთების უჯრედებში გლიკოლიზის სიჩქარე მნიშვნელოვნად გაიზრდება ინტენსიური პროცესის დროს ანაერობული ვარჯიში, რომელსაც გააჩნია "ჟანგბადის დავალიანება", მაგრამ აერობული სუნთქვის ნაბიჯები მნიშვნელოვნად არ ჩქარდება, თუ ვარჯიში არ შესრულდება აერობული, "გადახდი, როგორც შენ მიდიხარ" ინტენსივობის დონეზე.
ფიჭური სუნთქვის განტოლება
სრული ფიჭური სუნთქვის ფორმულა
ოდნავ განსხვავდება წყაროდან წყაროზე, ეს დამოკიდებულია იმაზე, თუ რას აირჩევენ ავტორები, როგორც მნიშვნელოვანი რეაქტივები და პროდუქტები. მაგალითად, მრავალი წყარო გამოტოვებს ელექტრონულ მატარებლებს NAD+/ NADH და FAD2+/ FADH2 ბიოქიმიური ბალანსიდან.საერთო ჯამში, ექვს ნახშირბადის შაქრის მოლეკულა გლუკოზა გარდაიქმნება ნახშირორჟანგად და წყალში ჟანგბადის არსებობისას და გამოიმუშავებს ATP 36–38 მოლეკულას (ადენოზინტრიფოსფატი, უჯრედების მთლიანი ბუნების "ენერგეტიკული ვალუტა"). ეს ქიმიური განტოლება წარმოდგენილია შემდეგი განტოლებით:
გ6ჰ12ო6 + 6 ო2 → 6 CO2 + 12 სთ2O + 36 ATP
გლიკოლიზი
ფიჭური სუნთქვის პირველი ეტაპია გლიკოლიზი, რომელიც ათი რეაქციის ერთობლიობაა, რომლებიც არ საჭიროებს ჟანგბადს და, შესაბამისად, გვხვდება ყველა ცოცხალ უჯრედში. პროკარიოტები (ბაქტერიებისა და არქეების დომენებიდან, რომლებსაც ადრე "არქეაბაქტერიებს" უწოდებდნენ) თითქმის მხოლოდ გლიკოლიზს იყენებენ, ხოლო ეუკარიოტები (ცხოველები, სოკოები, პროტისტები და მცენარეები) მას იყენებენ ძირითადად როგორც სუფრის მოსაწყობად უფრო ენერგიულად მომგებიანი რეაქციები აერობული სუნთქვა.
გლიკოლიზი ხდება ციტოპლაზმაში. პროცესის "ინვესტიციის ფაზაში" ორი ATP მოიხმარს, რადგან ორი ფოსფატი ემატება გლუკოზის წარმოებულს, სანამ ის გაყოფილი იქნება ორ სამ ნახშირბადოვან ნაერთად. ეს გარდაიქმნება ორ მოლეკულად პიროვატი, 2 NADH და ოთხი ATP ა ორი ATP- ის წმინდა მოგება.
ხიდის რეაქცია
უჯრედული სუნთქვის მეორე ეტაპი, გარდამავალი ან ხიდის რეაქცია, ნაკლები ყურადღება ექცევა ვიდრე დანარჩენ უჯრედულ სუნთქვას. როგორც სახელი გულისხმობს, ამის გარეშე გლიკოლიზიდან აერობულ რეაქციებზე გადასვლა ვერ მოხერხდება.
ამ რეაქციის დროს, რომელიც ხდება მიტოქონდრიაში, გლიკოლიზის ორი პირუვატის მოლეკულა გარდაიქმნება აცეტილ კოფერმენტის A (აცეტილ CoA) ორ მოლეკულაში, ორი მოლეკულა CO2 წარმოიქმნება როგორც მეტაბოლური ნარჩენები. არ წარმოიქმნება ATP.
კრებსის ციკლი
კრებსის ციკლი არ გამოიმუშავებს დიდ ენერგიას (ორი ATP), მაგრამ ორი ნახშირბადის მოლეკულის აცეტილ CoA- ს კომბინაციით ოთხი ნახშირბადის მოლეკულა ოქსალოაცეტატთან და ციკლით შედეგად მიღებული პროდუქტი მთელი რიგი გადასვლების საშუალებით, რომელიც მოლეკულას ოქსალოასეტად აქცევს, ის წარმოქმნის რვა NADH და ორი FADH2, კიდევ ერთი ელექტრონის გადამზიდავი (ოთხი NADH და ერთი FADH)2 გლუკოზის მოლეკულაზე, რომელიც შედის უჯრედულ სუნთქვაში გლიკოლიზის დროს).
ეს მოლეკულები საჭიროა ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვიდა მათი სინთეზის განმავლობაში კიდევ ოთხი CO2 მოლეკულები უჯრედიდან ნარჩენების სახით იღვრება.
ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვი
უჯრედული სუნთქვის მეოთხე და ბოლო ეტაპი არის ის, სადაც ხდება ძირითადი ენერგიის „შექმნა“. ელექტრონები, რომლებსაც ატარებენ NADH და FADH2 ამ მოლეკულებიდან იღებენ ფერმენტებს მიტოქონდრიული მემბრანა და გამოიყენება პროცესის სახელწოდებით ჟანგვითი ფოსფორილაცია, რომლის დროსაც ელექტროქიმიური გრადიენტი ამოძრავებს ხსენებული ელექტრონების გამოყოფა აძლიერებს ფოსფატის მოლეკულების ADP– ს წარმოებას ATP
ჟანგბადი საჭიროა ამ ნაბიჯისთვის, რადგან ის ჯაჭვის ელექტრონების საბოლოო მიმღებია. ეს ქმნის H- ს2O, ასე რომ, ამ ეტაპზე მოდის წყალი უჯრედული სუნთქვის განტოლებაში.
მთლიანობაში, ამ ეტაპზე წარმოიქმნება ATP– დან 32 – დან 34 მოლეკულა, რაც დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ აჯამებს ენერგიის გამომუშავებას. ამრიგად უჯრედული სუნთქვა ჯამში 36-დან 38 ATP- ს იძლევა: 2 + 2 + (32 ან 34).