תפקיד האנזימים בנשימה התאית

נשימה תאית הוא התהליך שבו תאים ממירים גלוקוז (סוכר) לפחמן דו חמצני ומים. בתהליך, אנרגיה בצורת מולקולה הנקראת אדנוזין טרי פוספט, או ATP, משוחרר. מכיוון שנדרש חמצן להפעלת תגובה זו, נשימה תאית נחשבת גם לסוג של תגובה "בוערת" בה מולקולה אורגנית (גלוקוז) מחומצנת, או נשרפת, ומשחררת אנרגיה ב תהליך.

תאים דורשים אנרגיית ATP כדי לבצע את כל הפונקציות הדרושות לכל החיים. אבל כמה ATP אנחנו צריכים? אם התאים שלנו לא היו מחליפים את ATP כל הזמן באמצעות נשימה תאית, היינו משתמשים כמעט בכל משקל גופנו ב- ATP ביום אחד.

הנשימה התאית מתבצעת בשלושה שלבים: גליקוליזה, מחזור חומצת הלימון וזרחן חמצוני.

אנזימים הם חלבונים המזרזים, או משפיעים על קצב התגובות הכימיות מבלי שהם משתנים תוך כדי. אנזימים ספציפיים מזרזים כל תגובה תאית.

התפקיד העיקרי של אנזימים במהלך תגובת הנשימה הוא לסייע בהעברת אלקטרונים ממולקולה אחת לאחרת. העברות אלה נקראות תגובות "חמצון מחדש", כאשר אובדן האלקטרונים ממולקולה אחת (חמצון) חייב להיות בקנה אחד עם תוספת האלקטרונים לחומר אחר (הפחתה).

שלב ראשון זה של תגובת הנשימה מתרחש ב ציטופלזמה, או נוזל, של התא. גליקוליזה מורכבת מתשע תגובות כימיות נפרדות, כל אחת מזרזת אנזים ספציפי.

שחקני המפתח בגליקוליזה הם האנזים דהידרודגנאז וקואנזים (עוזר שאינו חלבון) הנקרא NAD +. Dehydrodgenase מחמצן גלוקוז על ידי הפשטת שני אלקטרונים ממנו והעברתו ל- NAD +. בתהליך הגלוקוז "מתחלק" לשתי מולקולות של פירובט, הממשיכות את התגובה.

השלב השני של תגובת הנשימה מתרחש בתוך אברון תא הנקרא מיטוכונדריה, אשר בשל תפקידם בייצור ATP נקראים "מפעלי כוח" לתא.

רגע לפני שמתחיל מחזור חומצות לימון, "מטופח" פירובט לתגובה בכך שהוא הופך לחומר בעל אנרגיה גבוהה הנקרא אצטיל קואנזים A, או אצטיל-קו-א.

אנזימים ספציפיים הממוקמים במיטוכונדריה מריצים את התגובות הרבות המרכיבות את חומצת הלימון מחזור (המכונה גם מחזור קרבס) על ידי סידור מחדש של קשרים כימיים והשתתפות בחידוש נוסף תגובות.

בסיום שלב זה, מולקולות נושאות אלקטרונים עוזבות את מחזור חומצת הלימון ומתחילות בשלב השלישי.

השלב האחרון בתגובת הנשימה, נקרא גם שרשרת העברת אלקטרונים, הוא המקום בו התמורה האנרגטית מתרחשת עבור התא. במהלך שלב זה חמצן מניע שרשרת של תנועת אלקטרונים על פני קרום המיטוכונדריה. העברת אלקטרונים זו מעצימה את יכולתו של האנזים ATP synthase לייצר 38 מולקולות של ATP.