الخلايا عبارة عن حاويات مجهرية متعددة الأغراض تمثل أصغر وحدات الحياة غير القابلة للتجزئة من حيث أنها تظهر التكاثر والتمثيل الغذائي وغيرها من الصفات "النابضة بالحياة". في الواقع ، نظرًا لأن الكائنات بدائية النواة (أعضاء في مجالات تصنيف البكتيريا والعتائق) تتكون دائمًا تقريبًا من خلية واحدة ، فإن العديد من الخلايا المستقلة تكون على قيد الحياة حرفيًا.
تستفيد الخلايا من جزيء يسمى أدينوزين ثلاثي الفوسفات ، أو ATP ، كمصدر للوقود. بدائيات النوى تعتمد فقط على تحلل السكر - تفكك الجلوكوز إلى بيروفات - كمسار لتخليق ATP ؛ ينتج عن هذه العملية ما مجموعه 2 ATP لكل جزيء من الجلوكوز.
في المقابل، حقيقيات النواة - الحيوانات والنباتات والفطريات - أكبر بكثير ولديها خلايا فردية أكثر تعقيدًا بكثير من بدائيات النوى ، مما يجعل تحلل السكر وحده غير كافٍ لاحتياجاتها من الطاقة. هذا هو المكان التنفس الخلوي، والانهيار الكامل للجلوكوز في وجود الأكسجين الجزيئي (O2) في ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O) لتشكيل ATP ، يأتي.
اقرأ المزيد عن ماهية التنفس الخلوي.
مصطلحات الأيض الخلوي
تحدث عملية التنفس الخلوي في حقيقيات النوى وتمتد تقنيًا إلى تحلل السكر
دورة كريبس و ال سلسلة نقل الإلكترون (ETC). هذا بسبب الكل تعالج الخلايا الجلوكوز في البداية بنفس الطريقة - عن طريق تشغيله من خلال تحلل السكر. بعد ذلك ، في بدائيات النوى ، لا يمكن أن يدخل البيروفات إلا في التخمير ، مما يسمح لتحلل الجلوكوز بمواصلة "المنبع" من خلال تجديد مادة وسيطة تسمى NAD+.نظرًا لأن حقيقيات النوى يمكن أن تستخدم الأكسجين ، فإن جزيئات الكربون من البيروفات تدخل دورة كريبس كأسيتيل CoA وتترك في النهاية ETC كثاني أكسيد الكربون (CO).2). منتجات التنفس الخلوي ذات الأهمية هي 34 إلى 36 ATP التي يتم إنشاؤها في دورة كريبس و ETC معًا - جزئين من التنفس الخلوي يتم اعتبارهما الهوائية ("بالأكسجين") التنفس.
تفاعلات التنفس الخلوي
يمكن تمثيل التفاعل الكامل والمتوازن لعملية التنفس الخلوي بأكملها من خلال:
ج6ح12ا6 + 6O2 → 6 كو2 + 6 ح2O + ~ 38 ATP
يتكون تحلل السكر وحده ، وهو شكل من أشكال التنفس اللاهوائي الذي يحدث في السيتوبلازم ، من التفاعل:
ج6ح12ا6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 صأنا → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H.+ + 2 ح2ا
في حقيقيات النوى ، أ رد فعل انتقالي في الميتوكوندريا يولد أسيتيل أنزيم أ (أسيتيل CoA) لدورة كريبس:
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 أنزيم A → 2 أسيتيل CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 شركة2
شركة CO2 ثم يدخل دورة كريبس بالانضمام إلى أوكسالو أسيتات.
مراحل التنفس الخلوي
يبدأ التنفس الخلوي بتحلل السكر ، وهو سلسلة من 10 تفاعلات يكون فيها جزيء الجلوكوز فسفرة مرتين (أي أنه يحتوي على مجموعتين من الفوسفات متصلتين بكربون مختلفين) باستخدام 2 ATP ، ثم ينقسم إلى مركبين من ثلاثة كربون كل ينتج 2 ATP في طريقه إلى تكوين البيروفات. وبالتالي ، يوفر تحلل السكر 2 ATP مباشرة لكل جزيء جلوكوز بالإضافة إلى جزيئين من ناقل الإلكترون NADH ، والذي له دور قوي في اتجاه مجرى النهر في ETC.
في دورة كريبس ، CO2 ومركب الكربون الأربعة أوكسالو أسيتات تنضم لتشكيل جزيء ستة كربون سترات. يتم تقليل السيترات تدريجيًا مرة أخرى إلى oxaloacetate ، مما يؤدي إلى فصل زوج من CO2 الجزيئات وتولد أيضًا 2 ATP لكل CO2 جزيء يدخل الدورة ، أو 4 ATP لكل جلوكوز جزيء بعيد المنبع. الأهم من ذلك ، إجمالي 6 NADH و 2 FADH2 (حامل إلكترون آخر) يتم تصنيعه.
أخيرًا ، إلكترونات NADH و FADH2 (أي ذرات الهيدروجين الخاصة بهم) يتم تجريدها من خلال إنزيمات سلسلة نقل الإلكترون وتستخدم لتوصيل الفوسفات إلى ADP ، مما ينتج عنه الكثير من ATP - حوالي 32 في المجموع. يتم إطلاق الماء أيضًا في هذه الخطوة. وبالتالي فإن الحد الأقصى لإنتاج ATP للتنفس الخلوي من تحلل السكر ودورة كريبس و ETC هو 2 + 4 + 32 = 38 ATP لكل جزيء من الجلوكوز.
اقرأ المزيد عن المراحل الأربع للتنفس الخلوي.