תאים הם מכלים מיקרוסקופיים ורב-תכליתיים המייצגים את יחידות החיים הקטנות ביותר שאינן ניתנות לחלוקה בכך שהם מגלים רפרודוקציה, חילוף חומרים ותכונות אחרות "בחיים". למעשה, מאחר שאורגניזמים פרוקריוטיים (חברי תחומי הסיווג של חיידקים וארכאים) כמעט תמיד מורכבים מתא בודד, תאים עצמאיים רבים ממש חיים.
תאים משתמשים במולקולה הנקראת אדנוזין טריפוספט, או ATP, כמקור לדלק. פרוקריוטים להסתמך אך ורק על גליקוליזה - פירוק הגלוקוז לפירובט - כמסלול לסינתזת ATP; תהליך זה מניב סך של 2 ATP למולקולת גלוקוז.
בניגוד, אקריוטים - בעלי חיים, צמחים ופטריות - שניהם גדולים בהרבה ומחזיקים בתאים בודדים מורכבים הרבה יותר מאשר פרוקריוטים, מה שהופך את הגליקוליזה לבדה לבלתי מספקת לצורכי האנרגיה שלהם. זה המקום נשימה תאית, התמוטטות מוחלטת של גלוקוז בנוכחות חמצן מולקולרי (O2) לפחמן דו חמצני (CO2) ומים (ח2O) כדי ליצור ATP, נכנס.
קרא עוד על מהי נשימה תאית.
מינוח מטבוליזם סלולרי
תהליך הנשימה התאית מתרחש באאוקריוטים ומשתרע באופן טכני על הגליקוליזה מחזור קרבס וה שרשרת הובלת אלקטרונים (ETC). זה בגלל ש את כל בתחילה תאים מטפלים בגלוקוז באותה דרך - על ידי הפעלתו באמצעות גליקוליזה. ואז, בפרוקריוטים, פירובט יכול להיכנס רק לתסיסה, מה שמאפשר לגליקוליזה להמשיך "במעלה הזרם" דרך התחדשות של חומר ביניים בשם NAD
+.מכיוון שאוקריוטים יכולים להשתמש בחמצן, לעומת זאת, מולקולות הפחמן של פירובט נכנסות למחזור קרבס כ- Acetyl CoA ובסופו של דבר משאירות את ה- ETC כפחמן דו חמצני (CO2). תוצרי הנשימה הסלולריים המעניינים הם ATP בגודל 34 עד 36 שנוצר במחזור קרבס וב- ETC יחד - שני החלקים של הנשימה התאית הנחשבים כ אירובי ("עם חמצן") נשימה.
תגובות הנשימה הסלולרית
את התגובה השלמה והמאוזנת של כל תהליך הנשימה התאית ניתן לייצג על ידי:
ג6ה12או6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 ח '2O + ~ 38 ATP
גליקוליזה בלבד, סוג של נשימה אנאירובית המתרחשת בציטופלזמה, מורכב מהתגובה:
ג6ה12או6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pאני → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2או
באיקריוטים, א תגובת מעבר במיטוכונדריה מייצר אצטיל קואנזים A (אצטיל CoA) למחזור קרבס:
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 קואנזים A → 2 אצטיל CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
CO2 ואז נכנס למחזור קרבס על ידי הצטרפות לאוקסאלואצטט.
שלבי הנשימה הסלולרית
נשימה תאית מתחילה בגליקוליזה, סדרה של 10 תגובות בהן מולקולת גלוקוז נמצאת זרחן פעמיים (כלומר, יש לו שתי קבוצות פוספטים המצורפות בפחמנים שונים) באמצעות 2 ATP, ואז מתחלקות לשתי תרכובות שלוש פחמן כל אחד תשואה 2 ATP בדרך להיווצרות פירובט. לפיכך הגליקוליזה מספקת 2 ATP ישירות לכל מולקולת גלוקוז וכן שתי מולקולות של נשא האלקטרונים NADH, שיש לה תפקיד חזק במורד הזרם ב- ETC.
במחזור קרבס, CO2 ואת תרכובת ארבע הפחמן oxaloacetate הצטרפו ליצירת מולקולת שש הפחמן ציטראט. ציטרט מצטמצם בהדרגה שוב לאוקסאלואצטט, ומסתובב זוג CO2 מולקולות וגם יצירת 2 ATP לכל CO2 מולקולה שנכנסת למחזור, או 4 ATP לגלוקוז מולקולה רחוק במעלה הזרם. חשוב מכך, סך הכל 6 NADH ו- 2 FADH2 (נושא אלקטרונים אחר) מסונתזים.
לבסוף, האלקטרונים של NADH ו- FADH2 (כלומר אטומי המימן שלהם) מופשטים על ידי אנזימים משרשרת הובלת האלקטרונים ומשמשים להפעלת הצמדת הפוספטים ל- ADP, מה שמניב הרבה ATP - כ- 32 בסך הכל. בשלב זה משחררים מים. לפיכך התשואה המרבית של ATP של נשימה תאית מגליקוליזה, מחזור קרבס ו- ETC היא 2 + 4 + 32 = 38 ATP למולקולת גלוקוז.
קרא עוד על ארבעת השלבים של הנשימה התאית.