უჯრედული სუნთქვა ადამიანებში

უჯრედული სუნთქვის დანიშნულებაა გლუკოზის საკვებიდან ენერგიად გადაქცევა.

უჯრედები ანადგურებენ გლუკოზას რთული ქიმიური რეაქციების სერიაში და აერთიანებენ რეაქციის პროდუქტებს ჟანგბადთან ენერგიის შესანახად ადენოზინტრიფოსფატი (ATP) მოლეკულები. ATP მოლეკულები გამოიყენება უჯრედების აქტივობისთვის და მოქმედებს, როგორც ენერგიის უნივერსალური წყარო ცოცხალი ორგანიზმებისათვის.

უჯრედული სუნთქვა ადამიანებში იწყება საჭმლის მომნელებელ და სასუნთქი სისტემებში. საკვები ნაწლავებში მონელდება და გლუკოზად გარდაიქმნება. ჟანგბადი შეიწოვება ფილტვებში და ინახება სისხლის წითელ უჯრედებში. გლუკოზა და ჟანგბადი გადის ორგანიზმში სისხლის მიმოქცევის სისტემის მეშვეობით, რათა მიაღწიოს ენერგიას საჭირო უჯრედებს.

უჯრედები იყენებენ სისხლის მიმოქცევის სისტემის გლუკოზას და ჟანგბადს ენერგიის წარმოებისთვის. ისინი ნარჩენ პროდუქტს, ნახშირბადის დიოქსიდს დაუბრუნებენ სისხლის წითელ უჯრედებს და ნახშირორჟანგი ფილტვების საშუალებით ატმოსფეროში გამოდის.

მიუხედავად იმისა, რომ საჭმლის მომნელებელი, რესპირატორული და სისხლის მიმოქცევის სისტემები მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ადამიანის სუნთქვაში, უჯრედულ დონეზე სუნთქვა ხდება უჯრედების შიგნით და

• გლიკოლიზი: უჯრედი ანაწილებს გლუკოზის მოლეკულას უჯრედის ციტოზოლში.
  
• კრებსის ციკლი (ან ლიმონმჟავას ციკლი): ციკლური რეაქციების სერია წარმოქმნის ელექტრონულ დონორებს, რომლებიც გამოიყენება შემდეგ ეტაპზე და ხდება მიტოქონდრიებში.
• ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი: რეაქციების ბოლო სერია, რომელიც იყენებს ჟანგბადს ATP მოლეკულების წარმოსაქმნელად, ხდება მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაზე.

საერთო ფიჭური სუნთქვის რეაქციაში თითოეული გლუკოზის მოლეკულა გამოიმუშავებს ATP– ის 36 ან 38 მოლეკულა, რაც დამოკიდებულია უჯრედის ტიპზე. უჯრედული სუნთქვა ადამიანებში არის უწყვეტი პროცესი და მოითხოვს ჟანგბადის უწყვეტ მიწოდებას. ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში, უჯრედული სუნთქვის პროცესი ჩერდება გლიკოლიზზე.

უჯრედის სუნთქვის დანიშნულებაა ატფ-ის მოლეკულების გამომუშავება დაჟანგვა გლუკოზის

მაგალითად, გლუკოზის მოლეკულადან 36 ATP მოლეკულის წარმოების უჯრედული სუნთქვის ფორმულაა C₆ჰ₁₂ო₆ + 6 ო₂ = 6CO₂ + 6 თ₂O + ენერგია (36ATP მოლეკულები). ATP მოლეკულები ენერგიას ინახავენ სამში ფოსფატის ჯგუფის ობლიგაციები.

უჯრედის მიერ წარმოებული ენერგია ინახება მესამე ფოსფატის ჯგუფის ბმულში, რომელსაც უჯრედული სუნთქვის პროცესში ემატება ATP მოლეკულები. ენერგიის საჭიროების შემთხვევაში, მესამე ფოსფატის კავშირი იშლება და გამოიყენება უჯრედის ქიმიური რეაქციებისათვის. ან ადენოზინის დიფოსფატი (ADP) მოლეკულა დარჩა ორი ფოსფატის ჯგუფით.

ფიჭური სუნთქვის დროს დაჟანგვის პროცესის ენერგია გამოიყენება ADP მოლეკულის ATP- ზე შესაცვლელად მესამე ფოსფატის ჯგუფის დამატებით. ATP მოლეკულა ისევ მზად არის ამ მესამე კავშირის გასატეხად, რათა ენერგია გამოყოს უჯრედისთვის გამოსაყენებლად.

გლიკოლიზის დროს ექვსი ნახშირბადის გლუკოზის მოლეკულა იყოფა ორ ნაწილად და ქმნის ორს პირუვატი მოლეკულები მთელი რიგი რეაქციებით. გლუკოზის მოლეკულა უჯრედში მოხვედრის შემდეგ, მისი ორი სამ ნახშირბადოვანი ნახევარი იღებს ორ ფოსფატის ჯგუფს ორ ცალკეულ ეტაპად.

პირველი, ორი ATP მოლეკულა ფოსფორილატი გლუკოზის მოლეკულის ორი ნახევარი ფოსფატის ჯგუფის დამატებით. შემდეგ ფერმენტები დაამატებენ კიდევ ერთ ფოსფატის ჯგუფს გლუკოზის მოლეკულის თითოეულ ნახევარს, შედეგად წარმოიქმნება ორი ნახშირბადის მოლეკულის ორი ნახევარი, თითოეულში ორი ფოსფატის ჯგუფი.

ორი საბოლოო და პარალელური სერიის რეაქციების დროს, ორი ფოსფორილირებული ორი ნახშირბადის ნახევარი ორიგინალური გლუკოზის მოლეკულა კარგავს ფოსფატურ ჯგუფებს და ქმნის პიროვატის ორ მოლეკულს. გლუკოზის მოლეკულის საბოლოო გაყოფა გამოყოფს ენერგიას, რომელიც გამოიყენება ფოსფატური ჯგუფების ADP მოლეკულების დამატებასა და ATP ფორმირებისთვის.

გლუკოზის მოლეკულის თითოეული ნახევარი კარგავს თავის ორ ფოსფატურ ჯგუფს და წარმოქმნის პიროვატის მოლეკულას და ორ ATP მოლეკულას.

გლიკოლიზი ხდება უჯრედის ციტოზოლში, მაგრამ დანარჩენი უჯრედული სუნთქვის პროცესი გადადის უჯრედში მიტოქონდრია. გლიკოლიზი არ საჭიროებს ჟანგბადს, მაგრამ მას შემდეგ რაც პიროვატი გადავა მიტოქონდრიებში, ჟანგბადი საჭიროა ყველა შემდგომი საფეხურისთვის.

მიტოქონდრია არის ენერგეტიკული ქარხნები, რომლებიც უშვებენ ჟანგბადს და პირუვატს მათი გარსის გარსიდან და შემდეგ მოდით რეაქციის პროდუქტები ნახშირორჟანგი და ATP გამოვიდნენ ისევ უჯრედში და მოხვდნენ სისხლის მიმოქცევაში სისტემა

ლიმონმჟავას ციკლი არის წრიული ქიმიური რეაქციების სერია, რომელიც წარმოქმნის NADH და FADH₂ მოლეკულები. ეს ორი ნაერთი შედის უჯრედული სუნთქვის შემდეგ ეტაპზე ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვიდა აჩუქეთ ჯაჭვში გამოყენებული საწყისი ელექტრონები. შედეგად მიღებული NAD⁺ და FAD ნაერთები უბრუნდება ციტრუსის მჟავას ციკლს, რომ შეიცვალოს მათი თავდაპირველი NADH და FADH₂ ფორმებს და გადამუშავებას.

როდესაც სამი ნახშირბადის პირუვატის მოლეკულა შედის მიტოქონდრიაში, ისინი კარგავენ ნახშირბადის ერთ მოლეკულას და ქმნიან ნახშირორჟანგს და ორ ნახშირბადოვან ნაერთს. შემდგომში ეს რეაქციის პროდუქტი იჟანგება და უერთდება მას კოფერმენტი A შექმნას ორი აცეტილ CoA მოლეკულები. ლიმონმჟავას ციკლის განმავლობაში ნახშირბადის ნაერთები უკავშირდება ოთხ ნახშირბადოვან ნაერთს და წარმოქმნის ექვს ნახშირბადის ციტრატს.

მთელი რიგი რეაქციების დროს, ციტრატი გამოყოფს ნახშირბადის ორ ატომს, როგორც ნახშირორჟანგს და წარმოქმნის 3 NADH, 1 ATP და 1 FADH₂ მოლეკულები. პროცესის ბოლოს, ციკლი ხელახლა წარმოადგენს ორიგინალ ოთხ ნახშირბადოვან ნაერთს და თავიდან იწყება. რეაქციები ხდება მიტოქონდრიის ინტერიერში და NADH და FADH₂ შემდეგ მოლეკულები მონაწილეობას იღებენ ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვში მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაზე.

ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი ოთხისგან შედგება ცილოვანი კომპლექსები მდებარეობს მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაზე. NADH აჩუქებს ელექტრონებს პირველ ცილოვან კომპლექსს, ხოლო FADH₂ აძლევს თავის ელექტრონებს მეორე ცილის კომპლექსს. ცილოვანი კომპლექსები ელექტრონებს გადაჰყავს სატრანსპორტო ჯაჭვში რიგი შემცირება-დაჟანგვის ან რედოქსირება რეაქციები.

ენერგია თავისუფლდება რედოქსების თითოეულ ეტაპზე და თითოეული ცილის კომპლექსი იყენებს მას ტუმბოსთვის პროტონები მიტოქონდრიული მემბრანის გადაღმა შიდა და გარე გარსებს შორის არსებულ მემბრანულ სივრცეში. ელექტრონები გადადიან მეოთხე და ბოლო ცილების კომპლექსში, სადაც ჟანგბადის მოლეკულები მოქმედებს, როგორც ელექტრონების საბოლოო მიმღები. წყალბადის ორი ატომი ჟანგბადის ატომთან ერთადაა წარმოქმნილი წყლის მოლეკულები.

შინაგანი გარსის გარეთ პროტონის კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად, ან ენერგიის გრადიენტი დადგენილია, პროტონების მოზიდვა მემბრანის მხარეს იმ პროტონის ქვედა კონცენტრაციის მხარეს. შინაგანი მემბრანის ფერმენტი ე.წ. ATP სინტაზა პროტონებს სთავაზობს შიდა მემბრანის უკან გადასვლას.

როგორც პროტონები გადიან ATP სინთეზში, ფერმენტი იყენებს პროტონის ენერგიას ADP– ის ATP– ზე შესაცვლელად და ინახავს პროტონის ენერგიას ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვიდან ATP– ის მოლეკულებში.

კომპლექსური ბიოლოგიური და ქიმიური პროცესები, რომლებიც ქმნიან სუნთქვას უჯრედულ დონეზე, მოიცავს ფერმენტების, პროტონის ტუმბოების და ცილების ურთიერთქმედებას მოლეკულურ დონეზე ძალიან რთული გზებით. მიუხედავად იმისა, რომ გლუკოზისა და ჟანგბადის შემცველობა არის მარტივი ნივთიერებები, ფერმენტები და ცილები არ არიან.

მიმოხილვა გლიკოლიზი, კრებების ან ლიმონმჟავას ციკლი და ელექტრონების გადატანის ჯაჭვი ხელს უწყობს უჯრედული სუნთქვის მუშაობის ძირითად დონეზე დემონსტრირებას, მაგრამ ამ ეტაპების რეალური ოპერაცია გაცილებით რთულია.

ფიჭური სუნთქვის პროცესის აღწერა კონცეპტუალურ დონეზე უფრო მარტივია. სხეული იღებს საკვებ ნივთიერებებს და ჟანგბადს და საჭიროებისამებრ ანაწილებს გლუკოზას საკვებში და ჟანგბადს ცალკეულ უჯრედებზე. უჯრედები იჟანგება გლუკოზის მოლეკულების წარმოქმნით ქიმიური ენერგია, ნახშირორჟანგი და წყალი.

ენერგია გამოიყენება ADP მოლეკულაში მესამე ფოსფატის ჯგუფის დასამატებლად ATP წარმოქმნისთვის და ნახშირორჟანგი გამოიყოფა ფილტვების საშუალებით. მესამე ფოსფატის ბმულიდან ATP ენერგია გამოიყენება უჯრედის სხვა ფუნქციების ასამაღლებლად. ასე ქმნის უჯრედული სუნთქვა ადამიანის ყველა სხვა საქმიანობას.