ما هي المؤكسدة وما الذي يتم تقليله في التنفس الخلوي؟

أثناء التنفس الهوائييتحد الأكسجين الذي تأخذه الخلية مع الجلوكوز لإنتاج الطاقة على شكل ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP)والخلية تطرد ثاني أكسيد الكربون والماء. هذا تفاعل أكسدة يتأكسد فيه الجلوكوز وينخفض ​​الأكسجين. هذه العملية حاسمة للجميع حقيقيات النواة، وهي خلايا كبيرة تحتوي على نواة وعضيات أخرى وتشكل كائنات حية معقدة ، مثل البشر. التنفس في أغلب الأحيان بدائيات النوى، مثل أنواع معينة من البكتيريا ، لا هوائية. يتضمن تفاعلات الأكسدة / الاختزال التي تنتج طاقة بدون أكسجين.

الأكسدة والاختزال هي كلمات تشير إلى الطريقة التي يتم بها تبادل الإلكترونات في تفاعل كيميائي. عندما وصف الكيميائيون لأول مرة تفاعلات الأكسدة / الاختزال ، استخدموا مصطلح "الأكسدة" للإشارة فقط إلى التفاعلات التي ترتبط فيها مواد كيميائية أخرى بالأكسجين. وأشاروا إلى التفاعلات التي تحولت مادة كيميائية إلى شكل نقي ، مثل تلك التي تزيل الأكسجين من المغنيسيوم وتترك المغنيسيوم فقط ، كتفاعلات اختزال. عندما اكتشف العلماء المزيد حول الآليات الأساسية ، أصبح من الواضح أنه في الأكسدة ، كان العنصر يفقد إلكترونًا واحدًا أو أكثر للأكسجين ، وفي الاختزال ، كان العنصر يكتسب الإلكترونات.

أنتج ATP في التنفس الخلوي هو وقود كيميائي يقوم بتشغيل كل تفاعل في الخلية ، سواء بشكل مباشر أو غير مباشر. يحدث التنفس في كل خلية في جسم الإنسان ، وكذلك خلايا كل حقيقيات النوى تقريبًا. حقيقة أن خلايانا تعتمد على هذا التفاعل هو السبب في أن البشر يستنشقون الأكسجين ويخرجون ثاني أكسيد الكربون.

تتضمن عملية التنفس الخلوي خطوتين رئيسيتين. في الخطوة الأولى ، والتي يسميها العلماء تحلل السكر ، يتفكك الجلوكوز. في الحالة الثانية ، يعمل التنفس الهوائي على تكسير بقايا الجلوكوز بشكل أكبر. أثناء التنفس الهوائي ، يتم تقليل الأكسجين ، والتبرع بإلكترون للهيدروجين لتكوين الماء. تؤدي عملية التنفس الخلوي بأكملها إلى أكسدة الجلوكوز. ينتج عن ذلك غالبية الطاقة المنبعثة في التنفس الخلوي.

التخمير يتضمن أيضًا الأكسدة والاختزال ، وينتج ATP ، ولكنه أقل كفاءة. بعض الكائنات الحية البسيطة ، مثل الخمائر ، تستخدم هذه العملية في غياب الأكسجين. حتى البشر يستخدمون التخمر كنوع من الدعم للتنفس الخلوي في خلايا العضلات المحرومة من الأكسجين. أثناء التخمير ، تتأكسد مادة كيميائية تسمى نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد + الهيدروجين (NADH) ويتم تقليل مادة كيميائية تسمى البيروفات. تنتج هذه العملية جزيئين فقط من ATP لكل جزيء جلوكوز ، بينما ينتج التنفس الخلوي 36 جزيء ATP من جزيء جلوكوز واحد.