ما المقصود بالتنفس الخلوي ؟، أحد الأسئلة المهمة في علم الأحياء ، وقبل الإجابة على هذا السؤال سنشرح بعض المصطلحات والمفاهيم التي قد تساعدنا في الإجابة على السؤال ، وفي هذه المقالة سنشرح أيضًا ما هي الأنواع ومراحل التنفس الخلوي.
ما هو التنفس الخلوي
المقصود بالتنفس الخلوي هو أن العملية الكيميائية تولد معظم الطاقة في الخلية ، وتزود الجزيئات اللازمة لإجراء التفاعلات الأيضية للكائن الحي ، كما يحدث في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة على وجه التحديد في الميتوكوندريا ، وهو موقع معظم التفاعلات الكيميائية في الخلية ، كما هو الحال في هذه العملية ، تقوم الخلايا بتحويل الطعام إلى طاقة قابلة للاستخدام على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات
في وجود الأكسجين الجزيئي ، يتم تقسيم الجلوكوز إلى ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون ، ويتم الحفاظ على الكثير من الطاقة المنبعثة عن طريق تحويل ثنائي فوسفات الأدينوزين والفوسفات الحر إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، وعملية تكسير الجلوكوز في الجسم إلى شكل التي يمكن أن تستخدمها الخلية للحصول على الطاقة ، يتم ذلك من خلال عملية التنفس الخلوي ، ويمكن أن تحدث عملية التنفس الخلوي في وجود أو حتى عدم وجود الأكسجين.
ما هي أهمية التنفس الخلوي
يحدث التنفس الخلوي في جميع الكائنات الحية لإطلاق الطاقة لتغذية عملياتها المعيشية والحيوية.
- المحافظة على درجة حرارة الجسم: يطلق التنفس الخلوي الطاقة وهي عملية طاردة للحرارة تحدث باستمرار في جميع الخلايا الحية.
- تفاعلات كيميائية داخل الجسم: يساعد التنفس الخلوي على دفع التفاعلات الكيميائية اللازمة للحفاظ على الكائنات الحية على قيد الحياة. تتطلب التفاعلات لبناء الكربوهيدرات المعقدة والبروتينات والدهون من منتجات التمثيل الضوئي في النباتات والمنتجات الهضمية في الحيوانات طاقة.
- الحركة: في جميع الكائنات الحية ، الطاقة مطلوبة لجعل العضلات تنقبض ، بينما في النباتات ، هناك حاجة إلى مواد لنقل المواد في اللحاء ، ويتم كل هذا بفضل عملية التنفس الخلوي ، التي توفر الطاقة للقيام بذلك.
- تدفئة للأشياء: عندما تحدث عملية التنفس الخلوي في الحيوانات ، يتم إطلاق الحرارة أيضًا أثناء هذه العملية ، وتوزع هذه الحرارة في جميع أنحاء الجسم عن طريق الدم ، حيث يحافظ هذا على دفء هذه الحيوانات ويساعد في الحفاظ على درجة حرارة داخلية ثابتة.
- انقسام الخلية: يساعد التنفس الخلوي الخلايا على الانقسام داخل الجسم.
- توازن: أنها تساعد في الحفاظ على ظروف مستقرة في الخلايا والجسم.
أنواع التنفس الخلوي
تحدث عملية التنفس الخلوي من خلال وجود أو عدم وجود الأكسجين ، وعلى هذا الأساس تنقسم أنواع التنفس الخلوي إلى نوعين ، على النحو التالي:
- التنفس الهوائي: التنفس الهوائي هو العملية التي تستخدم من خلالها الكائنات الحية الأكسجين لتحويل الوقود ، مثل الدهون والسكريات ، إلى طاقة كيميائية. يعتبر التنفس الهوائي أكثر كفاءة وينتج ATP أسرع بكثير من التنفس اللاهوائي.
- التنفس الخلوي اللاهوائي: هو التنفس الخلوي الذي تلجأ إليه الكائنات الحية وخلاياها عندما يكون هناك نقص أو نقص في الأكسجين ، حيث أنه نهاية سلسلة من تفاعلات تحلل الجلوكوز وتحويل حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك ، بدلاً من الدخول في البيروفيك في دورة كريبس لينتهي به الأمر إلى إنتاج الطاقة والمياه وثاني أكسيد الكربون.
مراحل التنفس الخلوي
تحدث عملية التنفس الخلوي في الكائنات الحية على عدة مراحل وهي:
تحلل السكر
وهي المرحلة الأولى من التنفس الخلوي ، وتحدث في العصارة الخلوية للسيتوبلازم ، وتنقسم إلى مرحلتين:
- تقسيم الجلوكوز: تقوم الإنزيمات بتفكيك جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، المعروف أيضًا باسم حمض البيروفيك ، وهذا يحدث في عدة خطوات.
- نتائج تحلل السكر: الطاقة مطلوبة في بداية التحلل السكري لتقسيم جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، حيث ينتقل هذان الجزيئان إلى المرحلة الثانية من التنفس الخلوي. يتم توفير الطاقة لتقسيم الجلوكوز بواسطة جزيئين من أدينوسين ثلاثي الفوسفات. في تكوين أربعة جزيئات من ثلاثي فوسفات الأدينوزين.
دورة حامض الستريك
تحدث في الخلايا حقيقية النواة ، يتم نقل جزيئات البيروفات التي يتم إنتاجها في نهاية التحلل السكري إلى الميتوكوندريا ، وهي مواقع للتنفس الخلوي ، وإذا كان الأكسجين متاحًا ، فسيحدث التنفس الهوائي. جزيء من ثاني أكسيد الكربون ، يتم التقاطه بواسطة مركب ناقل.
دورة كريبس
تبدأ دورة كريبس بعد تفاعلات تحلل السكر الذي ينتج جزيئين من البيروفات ، وبعد دخول هذه الجزيئات إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، تبدأ دورة كريبس فعليًا عندما يتحد الأسيتيل مع جزيء رباعي الكربون ، وينتج عن ذلك حمض الستريك ، الذي يحتوي على ستة ذرات الكربون ، وهذا هو سبب تسمية دورة كريبس أيضًا بدورة حامض الستريك ، وبعد تكوين حمض الستريك ، سوف يمر بسلسلة من التفاعلات التي تطلق الطاقة ، ويتم التقاط الطاقة في الجزيئات.
يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أيضًا كمنتج نفايات لهذه التفاعلات. الخطوة الأخيرة في دورة كريبس هي تجديد الجزيء الذي بدأ دورة كريبس. هذا الجزيء مطلوب للدورة التالية. هناك حاجة إلى دورتين لأن تحلل السكر ينتج جزيئين من حمض البيروفيك عند انقسام الجلوكوز. بعد الدورة الثانية من خلال دورة كريبس ، يتم تكسير جزيء الجلوكوز الأصلي تمامًا ، ويتم دمج جميع ذرات الكربون الست مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون ، وتخزين الطاقة من روابطها الكيميائية في إجمالي 16 جزيءًا حاملًا للطاقة.
الفسفرة التأكسدية
الفسفرة التأكسدية هي المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي الهوائي. هناك مرحلتان فرعيتان من الفسفرة المؤكسدة:
- سلسلة نقل الإلكترون: خلال هذه المرحلة ، يتم إطلاق إلكترونات عالية الطاقة ، وتتحرك على طول سلاسل نقل الإلكترون على غشاء الميتوكوندريا الداخلي. سلسلة نقل الإلكترون هي سلسلة من الجزيئات التي تنقل الإلكترونات من جزيء إلى جزيء من خلال تفاعلات كيميائية. يتم استخدام بعض الطاقة من الإلكترونات لضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء الداخلي من المصفوفة إلى الفراغ بين الأغشية ، وهذا النقل للأيونات يخلق تدرجًا كهروكيميائيًا.
- مواد كيميائية: يؤدي ضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء الداخلي إلى زيادة تركيز الأيونات في الحيز بين الغشاء مقارنة بالمصفوفة ، وهذا التدرج يتسبب في تدفق الأيونات مرة أخرى عبر الغشاء إلى المصفوفة ، حيث يكون تركيزها أقل ، ويعمل ATP بمثابة قناة البروتين ، مما يساعد أيونات الهيدروجين على عبور الغشاء.
في نهاية هذا المقال توصلنا إلى معرفة المقصود بالتنفس الخلوي ، وشرحنا أهمية هذه العملية وذكرنا أنواعها ، وجميع المراحل التي تحدث أثناء عملية التنفس الخلوي.