Me kõik vajame funktsioneerimiseks energiat ja selle energia saame toidust, mida sööme. Nende jätkamiseks vajalike toitainete ekstraheerimine ja seejärel nende muundamine kasutatavaks energiaks on meie ülesanne rakud. See keeruline, kuid tõhus metaboolne protsess, mida nimetatakse rakuhingamine, muundab suhkrutest, süsivesikutest, rasvadest ja valkudest saadud energia adenosiiniks trifosfaat ehk ATP - kõrge energiatarbimisega molekul, mis juhib selliseid protsesse nagu lihaste kontraktsioon ja närv impulsid. Rakuline hingamine toimub mõlemas eukarüootsed ja prokarüootsed rakud, enamus reaktsioone leiab aset tsütoplasma prokarüootide ja eukarüootide mitokondrites.
Rakulises hingamises on kolm peamist etappi: glükolüüs, sidrunhappe tsükkel ja elektronide transport / oksüdatiivne fosforüülimine.
Suhkrutorm
Glükolüüs tähendab sõna otseses mõttes "suhkrute tükeldamist" ja see on 10-astmeline protsess, mille käigus suhkrud vabanevad energia saamiseks. Glükolüüs toimub siis, kui vereringe kaudu rakkudesse tarnitakse glükoosi ja hapnikku, ning see toimub raku tsütoplasmas. Glükolüüs võib toimuda ka ilma hapnikuta, seda protsessi nimetatakse anaeroobseks hingamiseks või
käärimine. Kui glükolüüs toimub ilma hapnikuta, moodustavad rakud väikeses koguses ATP-d. Kääritamisel saadakse ka piimhape, mis võib selles koguneda lihaskude, põhjustades valulikkust ja põletustunne.Süsivesikud, valgud ja rasvad
Sidrunhappe tsükkel, tuntud ka kui trikarboksüülhappe tsükkel või Krebsi tsükkel, algab pärast seda, kui glükolüüsi käigus toodetud kolme süsinikusuhkru kaks molekuli on muudetud pisut erinevaks ühendiks (atsetüül-CoA). See on protsess, mis võimaldab meil kasutada selles leiduvat energiat süsivesikud, valgudja rasvad. Kuigi sidrunhappe tsükkel ei kasuta otseselt hapnikku, töötab see ainult hapniku olemasolul. See tsükkel toimub raku maatriksis mitokondrid. Vahepealsete etappide seeria abil toodetakse koos kahe ATP-molekuliga mitu ühendit, mis on võimelised salvestama "suure energiaga" elektrone. Need ühendid, mida tuntakse nikotiinamiidadeniindinukleotiidina (NAD) ja flaviini adeniindinukleotiidina (FAD), redutseeritakse protsessis. Redutseeritud vormid (NADH ja FADH2) viivad "suure energiaga" elektronid järgmisse etappi.
Pardal elektronide transpordirongil
Elektronide transport ja oksüdatiivne fosforüülimine on raku aeroobse hingamise kolmas ja viimane samm. elektronide transpordiahel on seeria valk eukarüootsetes rakkudes mitokondrite membraanis leiduvad kompleksid ja elektronkandjamolekulid. Reaktsioonide seeria kaudu juhitakse sidrunhappe tsüklis tekkinud "suure energiaga" elektronid hapnikusse. Selle käigus moodustatakse keemiline ja elektriline gradient sisemises mitokondriaalses membraanis, kuna vesinikuioonid pumbatakse mitokondriaalsest maatriksist sisemise membraani ruumi. ATP toodetakse lõppkokkuvõttes oksüdatiivse fosforüülimisega - protsessiga, mille käigus raku ensüümid oksüdeerivad toitaineid. Valgu ATP süntaas kasutab energiat, mis on toodetud elektronide transpordi ahela jaoks fosforüülimine (fosfaatrühma lisamine molekulile) ADP-st ATP-ni. Enamik ATP genereerimist toimub elektronide transpordiahelas ja rakuhingamise oksüdatiivse fosforüülimise etapis.