ما الذي لا يتم إعادة تدويره في عملية التنفس الخلوي؟

تعمل الأشكال السائدة للحياة المرئية على الأرض ، من النباتات والحيوانات ، بطريقة تكميلية ، وهذا بالتأكيد ليس من قبيل الصدفة.

المادة الحيوية لتغذية النباتات ليست أكثر من نفايات عند الإنسان والحيوانات الأخرى ، و أ المواد التي يتم التخلص منها كنفايات من قبل النباتات تحتاجها الحيوانات (وأجزاء مختلفة من نفس الخلية النباتية) للهواء التنفس. يتم "حفظ" الجزيئات الأخرى بهذه الطريقة أيضًا.

المواد الأربعة المعاد تدويرها خلال عملية التمثيل الضوئي والتنفس هي: ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والتي تنبعث كنفايات في التنفس الخلوي وتستخدمها النباتات لإنتاج الجلوكوز ، الأكسجين (O₂)، التي تنبعث كنفايات من النباتات وتأخذها الحيوانات للسماح بمرور التنفس الخلوي ، الجلوكوز (سي₆ح₁₂ا₆)، الذي يستهلك في التنفس الخلوي ومصنوع من ثاني أكسيد الكربون₂ في التمثيل الضوئي و ماء(ح₂س)، وهو منتج نفايات للتنفس الخلوي ولكنه مطلوب لعملية التمثيل الضوئي ومجموعة من التفاعلات الأخرى.

في بعض أشكال التنفس الخلوي، على الرغم من المواد ليس المعاد تدويرها في التفاعلات وبالتالي تعتبر نفايات ، على الرغم من أن هذا لا يعني بالضرورة أن البشر لم يعثروا على استخدامات لهذه المادة "التي يمكن التخلص منها".

البناء الضوئي هو كيف تحصل النباتات التي تفتقر إلى أفواه وجهاز الهضم بشكل عام على طعامها. من خلال امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون من خلال فتحات في أوراقها تسمى الفغرة ، فإنها تدمج المادة الخام التي يحتاجونها لبناء الجلوكوز. يستخدم النبات نفسه بعضًا من هذا الجلوكوز في التنفس الخلوي ، بينما قد يصبح الباقي غذاءً للحيوانات.

يتكون الجزء الأول من عملية التمثيل الضوئي من ردود الفعل الخفيفة ويتطلب مصدر ضوء للمتابعة. يطلق الضوء على الهياكل داخل الخلايا النباتية البلاستيدات الخضراء، والتي تحتوي على الثايلاكويدات ، والتي بدورها تحتوي على مجموعة من الأصباغ تسمى الكلوروفيل. والنتيجة النهائية هي حصاد الطاقة للجزء الثاني من عملية التمثيل الضوئي وإطلاق غاز الأكسجين كنفايات.

في ال ردود فعل مظلمة ، التي لا تتطلب ضوء الشمس (ولكنها لا تتأثر سلبًا بها) ، يتم دمج ثاني أكسيد الكربون مع خماسي الكربون مركب يسمى ribulose-1،5-biphosphate لصنع ستة كربون وسيط ، وبعضه يصبح في النهاية جلوكوز. تأتي الطاقة لهذه المرحلة من ATP و NADPH المصنوعة في تفاعلات الضوء.

معادلة التمثيل الضوئي هي:

6 كو₂ + 6 ح₂O + طاقة الضوء → C₆ح₁₂ا₆ + 6 س₂

التنفس الخلوي هو الأكسدة الكاملة للجلوكوز في الخلايا حقيقية النواة.

يتضمن أربع خطوات: تحلل السكر، التحويل المستقل عن الأكسجين للجلوكوز إلى البيروفات ؛ تفاعل الجسر ، وهو أكسدة البيروفات إلى أنزيم أسيتيل أ ، دورة كريبس، والتي جمعت أسيتيل CoA مع أوكسالو أسيتات لصنع مركب من ستة كربون يتم تحويله في النهاية إلى أوكسالو أسيتات مرة أخرى ، مما ينتج عنه ناقلات الإلكترون و ATP و سلسلة نقل الإلكترون، حيث يتم إنشاء معظم ATP للتنفس الخلوي.

تحدث الخطوات الثلاث الأخيرة ، التي تشمل التنفس الهوائي ، في الميتوكوندريا ، بينما يحدث تحلل السكر في السيتوبلازم. من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن النباتات تخضع لعملية التمثيل الضوئي بدلا من التنفس الخلوي؛ في الواقع ، يستخدمون كلاهما ، باستخدام العملية السابقة لصنع الجلوكوز كمدخل للعملية الأخيرة.

المعادلة الكاملة للتنفس الخلوي هي

ج₆ح₁₂ا₆ + 6 س₂→6 كو₂ + 6 ح₂O + 36 (أو 38) ATP

عندما لا يمكن معالجة البيروفات عن طريق التفاعلات الهوائية للتنفس الخلوي ، إما بسبب عدم وجود كمية كافية من الأكسجين أو أن الكائن الحي يفتقر إلى الإنزيمات اللازمة للاستفادة منه ، التخمير هو أحد البدائل. هذا ما يحدث عندما تجري عدوًا شاملاً أو ترفع أوزانًا ثقيلة وتذهب إلى "ديون الأكسجين" من هذا التمرين اللاهوائي.

في هذه العملية تخمير حمض اللاكتيك، والذي يحدث أيضًا في السيتوبلازم ، يتم تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك في تفاعل اختزال يولد NAD⁺ من NADH. هذا يجعل المزيد من NAD⁺ متاح لتحلل السكر ، والذي يميل ، جنبًا إلى جنب مع إزالة البيروفات من البيئة ، إلى دفع تحلل السكر إلى الأمام. يمكن لبعض الخلايا الحيوانية أن تستخدم اللاكتات ، لكنها تعتبر نفايات بشكل عام.

في الخميرة ، ينتج التخمير الإيثانول ثنائي الكربون بدلاً من اللاكتات. في حين لا يزال هناك نفايات ، لا يمكن إنكار أن المجتمعات البشرية ستبدو مختلفة إلى حد كبير في حالة عدم وجود الإيثانول ، وهو العنصر النشط في المشروبات الكحولية في جميع أنحاء العالم.