المحتوى
جميع الكائنات الحية تستخدم جزيء يسمى جلوكوز وعملية تسمى تحلل لتلبية بعض أو كل احتياجاتهم من الطاقة. بالنسبة للكائنات ذات النواة الخلوية أحادية الخلية ، مثل البكتيريا ، هذه هي العملية الوحيدة المتاحة لتوليد ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، "عملة الطاقة" للخلايا).
الكائنات الحية حقيقية النواة (الحيوانات والنباتات والفطريات) لديها آلات خلوية أكثر تطوراً ويمكن أن تحصل على الكثير من جزيء الجلوكوز - أكثر من خمسة عشر ضعفًا من مادة ATP ، في الواقع. وذلك لأن هذه الخلايا تستخدم التنفس الخلوي ، والذي في مجمله هو تحلل زائد التنفس الهوائية.
رد فعل ينطوي أكسدة الكربوكسيل المؤكسدة في التنفس الخلوي يسمى تفاعل الجسر بمثابة مركز المعالجة بين ردود الفعل اللاهوائية بدقة من تحلل السكر وخطوتين من التنفس الهوائية التي تحدث في الميتوكوندريا. هذه المرحلة الجسر ، التي تسمى أكثر رسميا أكسدة البيروفات ، أمر ضروري.
تقترب من الجسر: تحلل
في تحلل السكر ، تقوم سلسلة من عشرة تفاعلات في السيتوبلازم الخلوي بتحويل جزيء السكر الذي يحتوي على ستة الكربون إلى جزيئين من البيروفات ، مركب مكون من ثلاثة كربون ، بينما ينتج ما مجموعه جزيئين ATP. في الجزء الأول من انحلال السكر ، يسمى مرحلة الاستثمار ، هناك حاجة فعلية إلى اثنين من ATP لتحريك التفاعلات ، بينما في الجزء الثاني ، مرحلة الإرجاع ، يتم تعويض هذا بأكثر من توليف أربعة جزيئات ATP.
مرحلة الاستثمار: يحتوي الجلوكوز على مجموعة فوسفات متصلة ثم يعاد ترتيبها في جزيء الفركتوز. يحتوي هذا الجزيء بدوره على مجموعة فوسفات مضافة ، والنتيجة هي جزيء فركتوز مُضاعف الفسفرة. يتم بعد ذلك تقسيم هذا الجزيء ويصبح جزيئين متطابقين من ثلاثة كربون ، ولكل منهما مجموعة فوسفات خاصة به.
مرحلة العودة: كل واحد من جزيئات الكربون الثلاثة له نفس المصير: لديه مجموعة فوسفات أخرى متصلة ، ويستخدم كل من هذه لتصنيع ATP من ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) أثناء إعادة ترتيبها في جزيء البيروفات. تولد هذه المرحلة أيضًا جزيء NADH من جزيء NADH+.
وبالتالي فإن العائد الصافي للطاقة هو 2 ATP لكل الجلوكوز.
رد فعل الجسر
رد فعل الجسر ، وتسمى أيضا تفاعل الانتقاليتكون من خطوتين. الأول هو نزع الكربوكسيل من البيروفات ، والثاني هو ربط ما تبقى لجزيء يسمى أنزيم أ.
نهاية جزيء البيروفيت عبارة عن كربون مزدوج الترابط مع ذرة أكسجين وواحد مرتبط بمجموعة هيدروكسيل (-OH). في الممارسة العملية ، يتم فصل ذرة H في مجموعة الهيدروكسيل عن ذرة O ، لذلك يمكن اعتبار هذا الجزء من البيروفات على أنه يحتوي على ذرة C واحدة واثنين من ذرات O. في نزع الكربوكسيل ، تتم إزالة هذا كـ CO2أو نشبع.
ثم ، بقايا جزيء البيروفات ، ودعا مجموعة الأسيتيل وجود الصيغة CH3C (= O) ، ينضم إلى أنزيم A في المكان الذي كانت تشغله في السابق مجموعة الكربوكسيل من البيروفات. في هذه العملية ، NAD+ يتم تقليل إلى NADH. لكل جزيء من الجلوكوز ، يكون تفاعل الجسر:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
بعد الجسر: التنفس الهوائي
دورة كريبس: يقع موقع دورة كريبس في مصفوفة الميتوكوندريا (المادة الموجودة داخل الأغشية). هنا ، يتحد أسيتيل CoA مع جزيء مكون من أربعة كربون يسمى أوكسالو أسيتات لإنشاء جزيء سداسي الكربون ، سيترات. يتم تقليص هذا الجزيء مرة أخرى إلى oxaloacetate في سلسلة من الخطوات ، بدء الدورة من جديد.
والنتيجة هي 2 ATP مع 8 NADH و 2 FADH2 (ناقلات الإلكترون) للخطوة التالية.
سلسلة نقل الإلكترون: تحدث هذه التفاعلات على طول الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، حيث يتم دمج أربع مجموعات متخصصة في الإنزيم ، تسمى المجمع I إلى IV. هذه تستخدم الطاقة في الإلكترونات في NADH و FADH2 لدفع التوليف ATP ، مع الأكسجين كونه متقبل الإلكترون النهائي.
والنتيجة هي 32 إلى 34 ATP ، مما يضع العائد الكلي للطاقة في التنفس الخلوي في 36 إلى 38 ATP لكل جزيء الجلوكوز.