ما هو التنفس الخلوي؟

تحصد الكائنات الحية الطاقة من الطعام ، ولكن لا يمكن للخلايا أن تستخدم هذه الطاقة بشكل مباشر. تحول الخلايا الطاقة المخزنة في العناصر الغذائية إلى شكل أكثر قابلية للاستخدام: أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).

يخزن أدينوسين ثلاثي الفوسفات الطاقة في روابط كيميائية يمكن إطلاقها بسرعة عند الحاجة. تنتج الخلايا الطاقة في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات من خلال عملية التنفس الخلوي. على الرغم من إطلاق قدر كبير من الطاقة من التنفس الخلوي كحرارة ، إلا أن بعضاً منها يستخدم لصنع أدينوسين ثلاثي الفوسفات.

أثناء التنفس الخلوي ، تنقل العديد من تفاعلات اختزال الأكسدة الإلكترونات من الجزيئات العضوية إلى الجزيئات الأخرى. هنا ، تشير الأكسدة إلى فقد الإلكترون واختزاله لكسب الإلكترون. حاملات الإلكترون NAD⁺ و FAD _ و أشكالها المختَزلة ، NADH و FADH₂ ، على التوالي _ ضرورية لعدة خطوات من التنفس الخلوي.

تستخدم بعض بدائيات النوى التنفس اللاهوائي الذي لا يتطلب الأكسجين. تستخدم معظم الكائنات الحية التنفس الهوائي (الذي يحتاج إلى الأكسجين) ، والذي ينتج المزيد من أدينوسين ثلاثي الفوسفات. يولد التنفس الهوائي أدينوسين ثلاثي الفوسفات عن طريق تكسير الجلوكوز والأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

يبدأ كل من التنفس الهوائي واللاهوائي بتحلل السكر الذي لا يتطلب الأكسجين. يكسر تحلل الجلوكوز الجلوكوز إلى بيروفات ، مما ينتج عنه أدينوسين ثلاثي الفوسفات. في حالة عدم وجود الأكسجين ، تخمر البيروفات ، مما ينتج NAD⁺ ليستمر تحلل السكر. الأهم من ذلك ، أن عدة أنواع من الخميرة تستخدم التخمير الكحولي. يمكن لخلايا العضلات البشرية أن تستخدم تخمير حمض اللاكتيك عندما ينضب الأكسجين. ينتهي التنفس اللاهوائي بالتخمير.

ومع ذلك ، يستمر التنفس الهوائي مع أكسدة البيروفات. تولد أكسدة البيروفات أسيتيل-CoA ، والذي يدخل في دورة حمض الستريك. تتكون دورة حمض الستريك من العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تطلق طاقة الرابطة للأسيتيل-CoA ، مما ينتج أدينوسين ثلاثي الفوسفات وحاملات الإلكترون المختزلة NADH و FADH₂.

تولد المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي ، الفسفرة المؤكسدة ، معظم الأدينوسين ثلاثي الفوسفات. NADH و FADH₂ يمرران إلكتروناتهما عبر سلسلة نقل الإلكترون. تطلق سلسلة نقل الإلكترون الطاقة التي تُستخدم لطرد البروتونات ، مما يخلق تدرجاً بروتونياً يتيح تخليق أدينوسين ثلاثي الفوسفات.