ما هو التنفس الخلوي؟
يتعرض الكثير من الطلاب لهذا السؤال في علم الأحياء ، وهو من أهم الأسئلة المدرجة في هذا الموضوع ، ومن ثم تكمن الإجابة في حقيقة أن التنفس الخلوي هو عملية كيميائية تعلم توليد الطاقة في الخلية ، في بالإضافة إلى توفير الجزيئات اللازمة لحدوث تفاعلات خاصة أيض الكائن الحي ، حيث يحدث في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة ، وخاصة في الميتوكوندريا ، والجدير بالذكر أن الميتوكوندريا هي مركز العديد من التفاعلات الكيميائية في الخلية ، ثم تقوم الخلايا بتحويل الطعام إلى طاقة لاستخدامه في ATP.
وتجدر الإشارة إلى أن الجلوكوز يتفكك بوجود الأكسجين الغذائي إلى ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون ، حيث يتم حفظ الكثير من الطاقة عن طريق تحويل ثنائي فوسفات الأدينوزين والفوسفات الحر إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، ويمكن الحصول على الطاقة من خلال تحلل الجلوكوز الموجود في الجسم ، ويتم ذلك عن طريق التنفس الخلوي ، وتجدر الإشارة إلى أن عملية التنفس الخلوي يمكن أن تحدث في وجود الأكسجين أو في غيابه.
ما هي أهمية التنفس الخلوي؟
التنفس الخلوي له أهمية كبيرة حيث أنه يحدث في جميع الكائنات الحية ، وهذه العملية تساعد العديد من الكائنات الحية على العديد من العوامل التي سنذكرها في النقاط التالية:
- المحافظة على درجة حرارة الجسم: يتم ذلك عن طريق التنفس الخلوي الذي يطلق الطاقة وهي عملية طاردة للحرارة تحدث باستمرار في جميع الكائنات الحية.
- تفاعلات كيميائية داخل الجسم: يقود التنفس الخلوي التفاعلات الكيميائية اللازمة لإبقاء الكائنات الحية على قيد الحياة. تتطلب هذه العملية تفاعلات لبناء الكربوهيدرات المعقدة والبروتينات والدهون من منتجات التمثيل الضوئي في النباتات ونواتج الهضم في الحيوانات.
- الحركة: تنقبض العضلات في الكائنات الحية من خلال الحركة المطلوبة ، ولكن في النباتات لا بد من نقل المواد إلى اللحاء ، ويتم ذلك عن طريق التنفس الخلوي الذي يمد جميع الكائنات الحية بالطاقة اللازمة للقيام بذلك.
- تسخين الأشياء: يتم إطلاق الحرارة في الكائنات الحية من خلال عملية التنفس الخلوي ، ومن ثم يقوم الدم بتوزيع الحرارة في جميع أنحاء الجسم ، والجدير بالذكر أن الدم يعمل على تدفئة الحيوانات وتثبيت الحرارة الداخلية لها.
- انقسام الخلية: يساهم التنفس الخلوي في انقسام الخلايا داخل الجسم.
- الرصيد: يساهم في الحفاظ على الظروف الثابتة داخل الكائنات الحية.
أنواع التنفس الخلوي
ذكرنا في الفقرات السابقة أن التنفس الخلوي يحدث مع الأكسجين أو بدونه ، ومن خلال النقاط التالية نذكر أنواع التنفس الخلوي:
- التنفس الهوائي: التنفس الخلوي الهوائي يعني أنه العملية التي تحدث في جميع الكائنات الحية ، حيث تقوم الكائنات الحية بتحويل الأكسجين إلى وقود ، وكذلك تحويل الدهون والسكريات إلى طاقة ، وتجدر الإشارة إلى أن التنفس الهوائي أكثر كفاءة وينتج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات بشكل أسرع. من خلية التنفس اللاهوائية.
- التنفس اللاهوائي: يعتبر هذا النوع من التنفس الخلوي من الأشياء التي تلجأ إليها الكائنات الحية في حالة من نقص أو غياب الأكسجين الشديد ، حيث أنه نهاية سلسلة تفاعلات تحلل الجلوكوز وتحويل حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك ، وهذا بديل لإدخال البيروفيك في دورة كريبس ، يتم إنتاج الطاقة والمياه وثاني أكسيد الكربون.
مراحل التنفس الخلوي
يحدث التنفس الخلوي في عدة مراحل نذكرها في السطور التالية:
تحلل السكر
وهي من أهم وأولى مراحل التنفس الخلوي ، وتجدر الإشارة إلى أنها تحدث في العصير داخل السيتوبلازم ، وتنقسم هذه المرحلة إلى جزأين ، نذكرهما في النقاط التالية:
- تقسيم الجلوكوز: حيث تقوم الإنزيمات بتقسيم جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات يسمى حمض البيروفيك ، وهذا يحدث في عدة خطوات.
- نتائج تحلل السكر: هي الطاقة المطلوبة في بداية التحلل السكري لتقسيم الجلوكوز إلى جزئين من البيروفات ، ونقلهما إلى المرحلة الثانية من التنفس الخلوي ، والتي يتم توفير الطاقة منها حتى يتم تقسيم الجلوكوز إلى جزئين ، أدينوزين ثلاثي فوسفات ، ومن الجدير بالذكر. يتم إطلاق هذه الطاقة مع تقدم العملية يتم استخدام تحلل السكر ، والطاقة في أربعة جزيئات في الأدينوزين ثلاثي الفوسفات.
دورة حمض الستريك
تحدث دورة حمض الستريك في حقيقيات النوى ، حيث يتم نقل جزيئات البيروفات التي يتم إنتاجها في نهاية التحلل السكري إلى الميتوكوندريا ، وهي مواقع للتنفس الخلوي ، وفي حالة الأكسجين ، يحدث التنفس الهوائي في الميتوكوندريا ، وهذا هو يتم ذلك عن طريق تحويل البيروفات إلى مجموعة ثنائي أسيتيل كربون ، حيث تتم إزالة جزيء من ثاني أكسيد الكربون ، ويتم الالتقاط من خلال مركب ناقل.
دورة كريبس
يبدأ بعد تفاعلات تحلل السكر ، والتي تنتج جزأين من البيروفات ، في حالة دخول هذه الجزيئات إلى مصفوفة الميتوكوندريا. يمر هذا الحمض بسلسلة من التفاعلات التي تطلق الطاقة ، ويتم التقاط الطاقة في الجزيئات.
الجدير بالذكر أن نفايات هذه التفاعلات تنتج ثاني أكسيد الكربون ، حيث أن تجديد الجزيء الذي بدأ دورة كريبس يعد من أهم عوامل الخطر في هذه المرحلة من التنفس الخلوي ، والجزيء من الأمور المهمة. في المرحلة التالية ، وتجدر الإشارة إلى أن هناك دورتين مطلوبتين والسبب في ذلك أن التحلل السكري ينتج جزيئين من حمض البيروفيك عند انقسام الجلوكوز ، وبعد الانتهاء من دورة كريبس ، يتم كسر جزيء الجلوكوز الأصلي. لأسفل ، ثم يتم خلط جميع ذرات الكربون الست بالأكسجين حتى يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون. يتم تخزين الطاقة من روابطها الكيميائية بعدد ستة عشر جزيء تحمل الطاقة.
الفسفرة التأكسدية
إنها المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي الهوائي ، وهناك نوعان من الفسفرة المؤكسدة. نذكر هذه الأنواع بالتفصيل في النقاط التالية:
- سلسلة نقل الإلكترون: هي تلك التي يتم فيها إطلاق إلكترونات عالية الطاقة ، ويتم نقلها على طول سلاسل نقل الإلكترون على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، وسلسلة نقل الإلكترون هي سلسلة من الجزيئات التي تنقل الإلكترونات من جزيء إلى آخر ، من خلال التفاعلات الكيميائية ، والجدير بالذكر أن استخدام بعض الطاقة من الإلكترونيات لضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء الداخلي للمصفوفة في الفراغ بين الغشاء ، ويتم التدريج الكهروكيميائي عن طريق نقل الأيونات.
- مواد كيميائيةيساهم ضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء الداخلي في زيادة تركيز الأيونات في الفضاء بين الغشاء مقارنة بالصفوف. بمساعدة أيونات الهيدروجين من خلال الغشاء.