כיצד חשוב חמצן לשחרור אנרגיה בנשימה תאית?

נשימה תאית אירובית היא התהליך שבו תאים משתמשים בחמצן כדי לעזור להם להמיר גלוקוז לאנרגיה. סוג זה של נשימה מופיע בשלושה שלבים: גליקוליזה; מחזור קרבס; וזרחן הובלת אלקטרונים. חמצן אינו נחוץ לצורך גליקוליזה, אך הוא נדרש לשאר התגובות הכימיות.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

חמצן נחוץ לחמצון מוחלט של גלוקוז.

נשימה תאית היא התהליך שבו תאים משחררים אנרגיה מגלוקוז ומשנים אותה לצורה שמישה הנקראת ATP. ATP היא מולקולה המספקת כמות קטנה של אנרגיה לתא, המספקת לו דלק לבצע משימות ספציפיות.

ישנם שני סוגים של נשימה: אנאירובי ואירובי. נשימה אנאירובית אינה משתמשת בחמצן. נשימה אנאירובית מייצרת שמרים או לקטט. בזמן פעילות גופנית, הגוף משתמש בחמצן במהירות רבה יותר מכפי שהוא נלקח; נשימה אנאירובית מספקת לקטט כדי לשמור על התנועה של השרירים. הצטברות לקטית וחוסר חמצן הם הסיבות לעייפות שרירים ולנשימה מאומצת במהלך פעילות גופנית קשה.

נשימה אירובית מתרחשת בשלושה שלבים בהם מולקולת גלוקוז היא מקור האנרגיה. השלב הראשון נקרא גליקוליזה ואינו דורש חמצן. בשלב זה משתמשים במולקולות ATP כדי לסייע בפירוק הגלוקוז לחומר הנקרא פירובט, מולקולה המעבירה אלקטרונים הנקראים NADH, שתי מולקולות ATP נוספות ופחמן דו חמצני. פחמן דו חמצני הוא מוצר פסולת והוא מוסר מהגוף.

השלב השני נקרא מחזור קרבס. מחזור זה מורכב מסדרת תגובות כימיות מורכבות המייצרות NADH נוסף.

השלב הסופי נקרא זרחון הובלת אלקטרונים. במהלך שלב זה, NADH ומולקולת טרנספורטר אחרת בשם FADH2 מובילים אלקטרונים לתאים. אנרגיה מהאלקטרונים מומרת ל- ATP. לאחר השימוש באלקטרונים הם נתרמים לאטומי מימן וחמצן ליצירת מים.

גליקוליזה הוא השלב הראשון בכל הנשימה. במהלך שלב זה, כל מולקולה של גלוקוז מתפרקת למולקולה מבוססת פחמן הנקראת פירובט, שתי מולקולות ATP ושתי מולקולות של NADH.

ברגע שתגובה זו התרחשה, פירובט עובר תגובה כימית נוספת הנקראת תסיסה. במהלך תהליך זה מוסיפים פירובט אלקטרונים ליצירת NAD + ולקטט.

בנשימה אירובית פירובט מתפרק עוד יותר ומשולב עם חמצן ליצירת פחמן דו חמצני ומים, אשר מסולקים מהגוף.

פירובט היא מולקולה על בסיס פחמן; כל מולקולת פירובט מכילה שלוש מולקולות פחמן. רק שתיים ממולקולות אלה משמשות ליצירת פחמן דו חמצני בשלב הסופי של הגליקוליזה. לפיכך, לאחר הגליקוליזה יש פחמן רופף שמרחף מסביב. פחמן זה נקשר לאנזימים שונים כדי ליצור כימיקלים המשמשים ביכולות אחרות בתא. תגובות מחזור קרבס מייצרות גם שמונה מולקולות נוספות של NADH ושתי מולקולות של טרנספורטר אלקטרונים אחר בשם FADH2.

NADH ו- FADH2 מובילים אלקטרונים לקרומי תאים מיוחדים, שם הם נקצרים כדי ליצור ATP. לאחר השימוש באלקטרונים הם מתרוקנים ויש להסירם מהגוף. חמצן חיוני למשימה זו. אלקטרונים משומשים נקשרים עם חמצן; מולקולות אלה נקשרות בסופו של דבר עם מימן ליצירת מים.