Rakuline hingamine inimestel

Määratlus

Rakuhingamine, tuntud ka kui aeroobne (vanakreeka keeles „aer” - õhk) rakuhingamine, kirjeldab inimestel toitainete, näiteks glükoosi või rasvhapete lagunemist energia tootmiseks vajaliku hapniku (O2) tarbimisega, mis on vajalik rakkude ellujäämine. Selle protsessi käigus toitained oksüdeeruvad, st nad eraldavad elektrone, hapnik aga väheneb, mis tähendab, et see võtab elektronid enda alla. Hapnikust ja toitainetest moodustuvad lõpptooted on süsinikdioksiid (CO2) ja vesi (H2O).

Rakuhingamise funktsioon ja ülesanded

Kõik inimkeha protsessid nõuavad energiat. Füüsiline liikumine, aju funktsioon, peksmine süda, tootmine sülg or juuksed ja isegi seedimine nõuab energia toimumist. Lisaks vajab keha ellujäämiseks hapnikku.

Siin on raku hingamine eriti oluline. Selle ja gaasilise hapniku abil suudab keha põletada energiarikkaid aineid ja toota vajalikku energiat. Hapnik ise ei anna meile energiat, kuid see on vajalik keemiliste põlemisprotsesside läbiviimiseks kehas ja on seetõttu meie ellujäämiseks hädavajalik.

Keha teab paljusid erinevaid energiaallikaid:

• Glükoos (suhkur) on peamine energiaallikas ja põhiline ehitusmaterjal, samuti lõpptoode, mis on jaotatud kõigist tärkliserikkadest toitudest
• Rasvhapete lõppsaadused on rasvhapped ja glütseriin ning neid saab kasutada ka energiatootmisel
• Viimane energiaallikate rühm on aminohapped, mis on valkude jagunemise produkt. Pärast teatud transformatsiooni kehas saab neid seejärel rakkude hingamisel ja seega ka energia tootmiseks kasutada

Energiaallikas, mida inimkeha enim kasutab, on glükoos. On reaktsioonide ahel, mis koos hapniku tarbimisega viib lõpuks saaduste CO2 ja H2O tekkimiseni.

See protsess hõlmab glükolüüsi, st glükoosi tükeldamist ja toote ülekandmist püruvaat atsetüül-CoA vaheetapi kaudu tsitraattsüklisse (sünonüüm: sidrunhappetsükkel või ka vähk tsükkel). See tsükkel hõlmab ka teiste toitainete nagu aminohapete või rasvhapete lõhustamisprodukte. Protsessi, mille käigus rasvhapped “purustatakse”, et need saaksid voolata ka tsitraaditsüklisse, nimetatakse beetaoksüdatsiooniks.

Sitraaditsükkel on seega omamoodi varustuspunkt, kus kõik energiaallikad saab energia ainevahetusse anda. Tsükkel toimub mitokondrid, inimrakkude “energiaelektrijaamad”. Kõigi nende protsesside ajal kulub ATP kujul energiat osaliselt, kuid see on juba toodetud, nagu näiteks glükolüüsi korral.

Lisaks luuakse valdavalt muid vahepealseid energiavarusid (nt NADH, FADH2), mis täidavad oma funktsiooni energia vahelaona ainult energia tootmise ajal. Need vahepealsed ladustamismolekulid voolavad seejärel raku hingamise viimasesse etappi, nimelt oksüdatiivse fosforüülimise etapisse või mida nimetatakse ka hingamisahelaks. See on samm, mille poole kõik protsessid on seni töötanud.

Hingamisteede ahel, mis samuti toimub mitokondrid, koosneb jällegi mitmest etapist, milles energiarikkaid vahesalvestavaid molekule kasutatakse universaalse energiakandja ATP tootmiseks. Kokku põhjustab ühe glükoosimolekuli lagunemine kokku 32 ATP molekuli. Hingamisahel sisaldab erinevaid valgukomplekse, millel on siin väga huvitav roll.

Need toimivad pumbadena, mis vahesalvestavate molekulide tarbimisel prootonid (H + ioonid) pumpavad mitokondriaalse topeltmembraani õõnsusse, nii et prootoneid on palju. See põhjustab kontsentratsioonigradiendi intermembraanses ruumis ja mitokondriaalse maatriksi vahel. Selle gradiendi abil moodustatakse lõpuks valgu molekul, mis toimib sarnaselt omamoodi veeturbiiniga. Sellest prootonite gradiendist ajendatuna sünteesib valk ATP molekuli ADP-st ja fosfaatrühmast.