أربع مراحل من التنفس الخلوي

التنفس الخلوي هو مجموع الوسائل البيوكيميائية المختلفة التي تستخدمها الكائنات حقيقية النواة لاستخراجها طاقة من الطعام ، على وجه التحديد الجلوكوز الجزيئات.

تتضمن عملية التنفس الخلوي أربع مراحل أو خطوات أساسية: تحلل السكر، والتي تحدث في جميع الكائنات الحية بدائية النواة وحقيقية النواة ؛ ال رد فعل الجسر، والذي يمهد الطريق للتنفس الهوائي ؛ و ال دورة كريبس و ال سلسلة نقل الإلكترون، المسارات المعتمدة على الأكسجين والتي تحدث بالتتابع في الميتوكوندريا.

لا تحدث خطوات التنفس الخلوي بنفس السرعة ، وقد تستمر مجموعة التفاعلات نفسها بمعدلات مختلفة في نفس الكائن الحي في أوقات مختلفة. على سبيل المثال ، من المتوقع أن يزداد معدل تحلل الجلوكوز في خلايا العضلات بشكل كبير أثناء الشدة اللاهوائية التمرين ، الذي يترتب عليه "دين الأكسجين" ، لكن خطوات التنفس الهوائي لا تسرع بشكل ملحوظ ما لم يتم أداء التمارين الرياضية على مستوى شدة "الدفع أولاً بأول".

الكامل صيغة التنفس الخلوي يبدو مختلفًا قليلاً من مصدر إلى آخر ، اعتمادًا على ما يختار المؤلفون تضمينه كمواد تفاعلية ومنتجات ذات مغزى. على سبيل المثال ، تتجاهل العديد من المصادر ناقلات الإلكترون NAD

بشكل عام ، يتم تحويل الجلوكوز في جزيء السكر المكون من ستة كربون إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في وجود الأكسجين لإنتاج 36 إلى 38 جزيء من ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات، "عملة الطاقة" على مستوى الطبيعة للخلايا). يتم تمثيل هذه المعادلة الكيميائية بالمعادلة التالية:

ج₆ح₁₂ا₆ + 6 س₂ → 6 كو₂ + 12 ساعة₂O + 36 ATP

المرحلة الأولى من التنفس الخلوي تحلل السكر، وهي مجموعة من عشرة تفاعلات لا تتطلب أكسجين وبالتالي تحدث في كل خلية حية. تستخدم بدائيات النوى (من مجالات البكتيريا والأركيا ، التي كانت تُعرف سابقًا باسم "البكتيريا الأثرية") تحلل السكر على وجه الحصر تقريبًا ، في حين أن حقيقيات النوى (الحيوانات ، والفطريات ، والطلائعيات ، والنباتات) تستخدمها بشكل أساسي كمنظم للطاولة من أجل الأشخاص الأكثر ربحًا ردود فعل التنفس الهوائي.

يحدث تحلل السكر في السيتوبلازم. في "مرحلة الاستثمار" من العملية ، يتم استهلاك اثنين من ATP حيث يتم إضافة اثنين من الفوسفات إلى مشتق الجلوكوز قبل تقسيمه إلى مركبين من ثلاثة كربون. يتم تحويل هذه إلى جزيئين من بيروفات ، 2 NADH وأربعة ATP للحصول على صافي ربح اثنين من ATP.

المرحلة الثانية من التنفس الخلوي انتقال أو رد فعل الجسر، تحصل على اهتمام أقل من بقية التنفس الخلوي. ومع ذلك ، كما يوحي الاسم ، لن تكون هناك طريقة للانتقال من تحلل السكر إلى التفاعلات الهوائية التي تتجاوزه بدونه.

في هذا التفاعل ، الذي يحدث في الميتوكوندريا ، يتم تحويل جزيئي البيروفات من تحلل السكر إلى جزيئين من أسيتيل أنزيم أ (أسيتيل CoA) ، مع جزيئين من ثاني أكسيد الكربون₂ يتم إنتاجها كنفايات أيضية. لا يتم إنتاج ATP.

ال دورة كريبس لا يولد الكثير من الطاقة (اثنين من ATP) ، ولكن عن طريق الجمع بين جزيء ثنائي الكربون أسيتيل CoA وجزيء أوكسالو أسيتات رباعي الكربون ، ودورة المنتج الناتج من خلال سلسلة من التحولات التي تقطع الجزيء مرة أخرى إلى oxaloacetate ، فإنه يولد ثمانية NADH واثنان FADH₂، حامل إلكترون آخر (أربعة NADH وواحد FADH₂ لكل جزيء جلوكوز يدخل التنفس الخلوي في تحلل السكر).

هذه الجزيئات مطلوبة ل سلسلة نقل الإلكترون، وأثناء تركيبها ، أربعة أخرى من ثاني أكسيد الكربون₂ يتم التخلص من الجزيئات من الخلية كنفايات.

المرحلة الرابعة والأخيرة من التنفس الخلوي حيث يتم "تكوين" الطاقة الرئيسية. الإلكترونات التي يحملها NADH و FADH₂ يتم سحبها من هذه الجزيئات بواسطة إنزيمات في غشاء الميتوكوندريا وتستخدم لقيادة عملية تسمى الفسفرة المؤكسدة ، حيث يكون التدرج الكهروكيميائي مدفوعًا بـ يؤدي إطلاق الإلكترونات المذكورة أعلاه إلى إضافة جزيئات الفوسفات إلى ADP لإنتاجها ATP.

الأكسجين مطلوب لهذه الخطوة ، لأنه متقبل الإلكترون النهائي في السلسلة. هذا يخلق H₂حسنًا ، هذه الخطوة هي مصدر الماء في معادلة التنفس الخلوي.

إجمالاً ، يتم إنشاء 32 إلى 34 جزيء من ATP في هذه الخطوة ، اعتمادًا على كيفية جمع مردود الطاقة. هكذا ينتج التنفس الخلوي ما مجموعه 36 إلى 38 ATP: 2 + 2 + (32 أو 34).