2. Mida teame?
• Milleks vajab organism hapnikku?
• Kuidas toimub organismis hapniku ja
süsihappegaasi transport?
• Mis on rakuhingamine?
Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker
2
3. Mida teada saame?
• Kuidas toimub rakuhingamine?
• Mis toimub
– glükolüüsil?
– tsitraaditsüklis?
– hingamisahela reaktsioonides?
• Mis on rakuhingamise tulemuseks?
3
Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker
4. Rakuhingamise etapid
• Rakuhingamine koosneb kolmest protsessist:
– glükolüüs
– tsitraaditsükkel
– hingamisahela reaktsioonid.
• Need kolm etappi saab kokku võtta summaarse
võrrandiga:
4
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia
Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker
8. Tsitraaditsükkel
• Tulemuseks 16 H+, 6 NADH2, 2 FADH2,
2 ATP, 2 CO2.
• Osalevad vesiniku kandja
koensüüm NAD ja vabanenud
elektronide ja vesiniku kandja
koensüüm FAD ehk flaviin
adeniin dinukleotiid.
8
Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker
11. Rakuhingamise tulemus
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia
• CO2 liigub verre ja eemaldatakse organismist
väljahingamisel.
• Ühe glükoosimolekuli lõhustamisel on võimalik
saada maksimaalselt 38 ATP molekuli.
• Reaalselt saab toota vaid 29–30 ATP molekuli.
11
Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker
12. Kokkuvõte
• Glükolüüsil lõhutakse glükoos kaheks
kolmesüsinikuliseks ühendiks.
• Tsitaaditsüklis lagundatakse kolmesüsinikulised
ühendid süsinikdioksiidiks.
• Hingamisahelas kasutatakse ära hapnik ja
salvestatakse tekkinud energia ATP molekulidesse
• Rakuhingamise tulemusena tekib süsihappegaas,
vesi ja maksimaalselt 38 ATP-d energiat.
12
Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker
Notas do Editor
Organism vajab hapnikku rakuhingamiseks.Hapniku (O2) transport rakkudesse ja süsihappegaasi (CO2) transport kopsudesse toimub vere kaudu.Rakuhingamiseksnimetatakse glükoosi lõpliku lagundamist, mille tulemusel saadakse energiat ja eraldub CO2.Pildil on kujutatud kaks süsihappegaasi molekuli.
Rakuhingamine koosneb kolmest protsessist: glükolüüsist, tsotraaditüsklist ja hingamisahela reaktsioonidest. Neist on lähemalt juttu järgmistel slaididel.Kokkuvõttes saab rakuhingamisel 6-süsinikulisest glükoosist 6 hapniku molekuli abil 6 süsihappegaasi molekuli, 6 vee molekuli ja energiat. Summaarne võrrand on C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + energia
Glükolüüsi toimub raku tsütoplasmas (kõigis elusates rakkudes).Glükolüüsi käigus lõhutakse kuuest süsinikuaatomist koosnev glükoos üle kümne vaheühendi kaheks kolmesüsinikuliseksühendiks – püruvaadiks.Õpilased neid 10 vaheühendit ja täpsemaid reaktsioone teadma ei pea. Kui nad aga küsivad vaheühendite kohta, siis nendeks on: glükoos-> glükoos-6-fosfaat-> fruktoos-6-fosfaat-> fruktoss-1,6-bisfosfaat-> dihüdroküatsetoon fosfaat-> Glütseeraldehüüd-3-fosfaat-> 1,3-bisfosfoglütseraat-> 3-fosfoglütseraat-> 2-fosfoglütseraat-> fosfoenoolpüruvaat -> püruvaat.See protsess ei vaja hapnikku. Hingamisel saadud hapniku kasutatakse alles rakuhingamise viimases etapis – hingamisahelareaktsioonides.Glükolüüsil kulutatakse 2 ATP-d ja moodustub juurde 4 ATP-d energiat. Ehk protsessi summaks on 2 ATP-d energiat.Joonisel olevast NAD-st on juttu järgmisel slaidil.
Glükolüüsi üldvõrrand on: glükoos + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi -> 2 püruvaati + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O.Lähteaineteks on 1 glükoosi molekul (kuuesüsinikuline ühend), 2 NAD+ molekuli,2 ADP molekuli ja 2 fosfaatrühma (Pi tähistab fosfaatrühma). Glükolüüsi tulemusel tekib 2 püruvaadi molekuli (kolmesüsinikuline ühend), 2 NADH molekuli, 2 vesinikiooni, 2 ATP-d energiat ja 2 molekuli vett.Glükolüüsil vabaneb 4 vesinikiooni (H+), millest osa seostuvad vesinikukandja koensüüm NAD-iga ning tekib NADH. NAD ehk nikotiinamiid adeniin dinukleotiid võimaldab vesinikioone kasutada edasistes reaktsioonides.Pildil on kujutatud NAD molekuli struktuur.
Tsitraaditsükli (ehk Krebsi tsükli) käigus lagundatakse kolmesüsinikulised ühendid (glükolüüsil glükoosist tekkinud püruvaat) edasi süsinikdioksiidiks (CO2).See toimub mitokondrisisemuses.Tegemist on tsüklilise protsessiga – lõpp-produktid on uue tsükli lähteaineteks.Enne tsitraaditsüklisse sisenemist eralduvad püruvaadist CO2 molekul ja kaks vesinikiooni (H+), mille seob NAD, mis võimaldab vesinikioone kasutada edasistes reaktsioonides.
Lisaks vesiniku kandjale NAD, osaleb ka tsitraaditsüklis koensüüm FAD ehk flaviin adeniin dinukleotiid– vabanenud energiarikaste elektronide ja vesiniku kandja.Tsükli lõpuks moodustub 16 vesinikiooni (H+), mis seotakse NAD-i ja FAD-iga.Kahe püruvaadimolekuli kohta moodustub kokku 6 NADH2 ja 2 FADH2molekuli, mis liiguvad edasi hingamisahelasse.Iga püruvaadimolekulikohta tekib 1 ATP molekul (ühest glükoosi molekulist tekkis 2 püruvaati, seega kokku tekib 2 ATP-d energiat).Jääkproduktideks on kaks CO2 molekuli, mis liiguvad rakkudest verre ja eemaldatakse organismist väljahingamisel. Siin võiks õpilastele meelde tuletada, kuidas toimub süsihappegaasi transport veres: 5% lahustunult; 10% hemoglobiini abil; 85% vesinikkarbonaat ioonidena (HCO3-) – süsihappegaas ühineb veega ja tekib süsihape (H2CO3). Seejärel süsihape dissotsieerub vesinikkarbonaat ioonideks (HCO3-) ja vesinikioonideks.Pildil on kujutatud FAD molekuli struktuur.
Hingamisahela reaktsioonid toimuvad mitokondrite sisemembraanide sopistustes. Sellest protsessis on vaja hingamisel saadud hapniku.NAD ja FAD transpordivad glükolüüsis jatsitraaditsüklis tekkinud vesinikioonid hingamisahelasse (kokku 10 NADH2 molekuli ja 2 FADH2 molekuli).Hapnikku kasutatakse redutseeritud NADH ja FADH oksüdeerimiseks.Elektronid kantakse üle hapnikule.Hapnik saab negatiivse laengu, seob endaga positiivse laenguga vesinikioonid ning tekib vesi.Protsessi käigus tekkinud energia salvestatakse ATP molekulidesse. Sellest, kuidas ATP sünteesi protsess täpsemalt toimub, on juttu ATP teema juures.Lühidalt ATP sünteesist, kui õpilastel tekib küsimusi: Vesinikioonide kontsentratsioon mitokondri sise- ja väliskeskkonnas on erinev. Et kontsentratsioonid võrdsustada, liiguvad vesinikioonid kõrgema kontsentratsioonigapoolelt madalama kontsentratsioonigapoolele. See toimub läbi membraanis paiknevate kanalite - ATP süntaaside. Kui vesinikioon liigubATP-süntaasi abil läbi rakumembraani, lükkab see ensüümi „mootori“ tööle ning saadud energiaabil liidab ensüüm ADP ja fosfaatrühma.Iga kolme prootoni transpordi tagajärjel teeb ATP süntaasi rootor 120-kraadise pöörde, mille käigus sünteesitakse ja vabastatakse üks ATP molekul.
Hingamisahela reaktsioonides salvestatakse kogu protsessi käigus tekkinud energia ATP molekulidesse. Kokku sünteesitakse vabaneva energia arvelt 34 ATP molekuli (iga NADH molekuli kohta saab sünteesida 3 ATP molekuli ja iga FADH2 molekuli kohta 2 ATP molekuli). NAD molekule jõuab hingamisahelasse 6 ja nende arvelt saab sünteesida 18 ATP-d (6 x 3 = 18). FAD molekule jõuab hingamisahelasse 2 ja nende arvalt saab sünteesida 4 ATP-d (2 x 2 = 4).Hingamisahelas sünteesitud ATP molekulide alla ei ole arvestatud glükolüüsil ja tsütraaditsüklis sünteesitud ATP molekule. Kogu hingamisahelas tekkinud energia summa on 38 ATP-d.Pildil ATP molekul. ATP molekuli struktuurist on pikemalt juttu ATP teema juures.
Siin saab meelde tuletada neljandal slaidil olnud rakuhingamise summaarset võrrandit: C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + energia. Rakuhingamisel saab 6-süsinikulisest glükoosist 6 hapniku molekuli abil 6 süsihappegaasi molekuli, 6 vee molekuli ja energiat.Eesmärgiks on energia saamine, kuid kõrval produktidena teib ka süsihappegaas ja vesi. Siin võiks õpilastele meelde tuletada, millistest rakuhingamise etappides tekkisid süsihappegaas ja vesi. Süsihappegaas tekkis tsitraaditsüklis ja vesi hingamisahela reaktsioonides.Kui liita kokku rakuhingamisel tekkinud ATP molekulide arv, siis summaks on 38 molekuli (2 ATP-d tekkis glükolüüsil, 2 ATP-d tsitraaditsüklis ja 34 hingamisahelas). Kuid tegemist on maksimaalse võimaliku sünteesitavate ATP-de arvuga. Tegelikult moodustub vaid 29-30 ATP molekuli, sest protsessis võivad esineda membraanide lekkimisest tulenevad kaod ning püruvaadi ja ADP transport mitokondrisse vajab samuti energiat. Seega osa energiast kaob.
Glükolüüsil lõhutakse glükoos kaheks kolmesüsinikuliseks ühendiks.Tsitaaditsüklis lagundatakse kolmesüsinikulised ühendid süsinikdioksiidiks.Hingamisahelas kasutatakse ära hapnik ja salvestatakse tekkinud energia ATP molekulidesseRakuhingamise tulemusena tekib süsihappegaas, vesi ja maksimaalselt 38 ATP-d energiat.
