3. Šūnu elpošana

ATF enerģiju visi organismi izmanto dažādu dzīvības procesu realizēšanai. Vairumam šūnu galvenā izejviela enerģētiskajai vielmaiņai ir glikoze. Ja glikozes rezerves ir izsmeltas, tiek noārdīti tauki, bet, ja pietrūkst arī to, tad noārdās olbaltumvielas.
1) Sagatavošanās posmā lielmolekulāri savienojumi (polisaharīdi, tauki, olbaltumvielas) tiek noārdīti līdz mazmolekulāriem savienojumiem (glikozei, taukskābēm, aminoskābēm).

 

 

Dzīvniekos šis process norisinās gremošanas traktā un noārdīšanas galaprodukti, kā arī minerālvielas un vitamīni tiek uzsūkti asinīs un nogādāti līdz audiem.
2) Anaerobajā posmā ar enzīmu palīdzību tiek šķelta glikoze bez skābekļa klātbūtnes.

 

 

No vienas glikozes molekulas veidojas divas pirovīnogskābes ($C_3{H}_4{O}_3$) molekulas un divas ATF molekulas, to sauc par glikolīzi un tā norisinās citoplazmas šķidrajā daļā - citosolā. 
Ir organismi, kuros notiek tikai anaerobais  process, tos sauc par aerobiem organismiem. Piemēram, baktērijas - stingumkrampju nūjiņas, botulisma nūjiņas, sēra baktērijas.

Daudzu mikroorganismu anaerobās elpošanas rezultātā rodas produkti, kurus izmanto biotehnoloģijās. Piemēram, pienskābās baktērijas, kas glikozi sašķeļ līdz pienskābei, un šo īpašību izmanto, piemēram, jogurta ražošanā.

Ir arī organismi, kas ir fakultatīvi anaerobi- spēj izdzīvot gan skābekļa, gan bezskābekļa apstākļos. Piemēram, rauga (sēne) šūnās anaerobos apstākļos glikolīzes galaprodukts ir etanols jeb etilspirts. Šo procesu sauc par spirta rūgšanu un to izmanto biotehnoloģijās- pārtikas produktu ražošanā un konservēšanā:

$C_6{H}_{12}{O}_6$$\to$2$C_2{H}_5\mathit{OH}$+2$C{O}_2$$\uparrow$.
Fakultatīvi anaerobi ir arī zarnu nūjiņa un statifoloki, kas var izraisīt infekcijas slimības cilvēkiem.

3) Šūnas elpošanas jeb aerobajā posmā  ar enzīmu palīdzību no 2 pirovīnogskābēm, piesaistot skābekli, veidojas ūdens, ogļskābā gāze un 36 ATF un tas notiek šūnu mitohondrijos. Mitohondriji sastopami gandrīz visās eikariotu šūnās, izņemot dažas bezskābekļa vidē dzīvojošas sugas.

 

 

Mitohondrija sieniņa sastāv no divām membrānām- ārējā membrāna ir gluda, bet iekšējā membrāna veido krokas, kuras sauc par kristām. Kristas palielina iekšējās membrānas virsmas laukumu, un uz tās notiek elektronu transports un ATF sintēze. Uz kristām ir izvietojušies fermenti, kuri nodrošina ogļhidrātu un citu slāpekli nesaturošu vielu oksidatīvo šķelšanu.

Bez ATF sintēzes mitohondriji vēl veic arī siltuma ražošanu un kalcija uzkrāšanu. ATF sintēzes laikā apmēram 55% enerģijas izdalās siltuma veidā.

Uz mitohondriju iekšējās membrānas skābekļa klātbūtnē no pirovīnogskābes veidojas acetilkoferments A (CoA), kas tālāk iesaistās Krebsa ciklā.

 

 

Angļu biofiziķis Krebss (Hans Adolf Krebs) pirmais (1937.gadā) aprakstīja fermentatīvās oksidēšanās-reducēšanās reakcijas, kurās, izmantojot elektronu transporta ķēdi, šūnā veidojas citronskābe un dažādas citas organiskās skābes, kā arī izdalās ogļskābā gāze. Elektronu transporta ķēdes beigās elektronus uztver skābeklis, piesaista sev ūdeņraža jonus un izveido ūdeni, bet elektronu transporta ķēde atbrīvojas un tā  var no jauna pārnest elektronus.

Aerobi organismi ir pārsvarā visi dzīvie organismi- augi, dzīvnieki, sēnes, aļģes un vienšūņi, arī lielākā daļa baktēriju. Ir daži dzīvnieki, piemēram, parazītiskie plakantārpi, kuru pieaugušie īpatņi dzīvo saimnieka zarnās - bezskābekļa vidē. 

Dzīvajos organismos notiek enerģijas plūsma. Eikariotos fotosintēzē un aerobajā elpošanā notiek enerģijas pārveidošana no viena veida citā. Visas dzīvās būtnes tieši vai netieši ir atkarīgas no gaismas enerģijas. Hloroplastos fotosintēzes laikā Saules gaismas enerģija tiek pārvērsta ogļhidrātu ķīmiskajā enerģijā. Mitohondrijos aerobajā elpošanā ogļhidrātu enerģija transformējas ATF enerģijā.