التنفس الخلوي في البشر

المحتوى

• لمحة سريعة
• يتم تخزين الطاقة في سندات الفوسفات ATP
• تحلل السكر يمهد الطريق للأكسدة
• موقعك
• دورة كريبس حامض الستريك تنتج الجهات المانحة للإلكترون
• تنتج سلسلة نقل الإلكترون معظم جزيئات ATP
• التنفس الخلوي في البشر هو مفهوم بسيط مع العمليات المعقدة

الغرض من التنفس الخلوي هو تحويل الجلوكوز من الطعام إلى طاقة.

تقوم الخلايا بتكسير الجلوكوز في سلسلة من التفاعلات الكيميائية المعقدة وتجمع بين منتجات التفاعل والأكسجين لتخزين الطاقة فيها أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) الجزيئات. تُستخدم جزيئات ATP لتفعيل أنشطة الخلايا وتعمل كمصدر عالمي للطاقة للكائنات الحية.

لمحة سريعة

يبدأ التنفس الخلوي عند البشر في الجهاز الهضمي والجهاز التنفسي. يتم هضم الطعام في الأمعاء وتحويله إلى الجلوكوز. يمتص الأكسجين في الرئتين ويخزن في خلايا الدم الحمراء. ينتقل الجلوكوز والأكسجين إلى الجسم عبر الجهاز الدوري للوصول إلى الخلايا التي تحتاج إلى طاقة.

تستخدم الخلايا الجلوكوز والأكسجين من الجهاز الدوري لإنتاج الطاقة. أنها توفر المنتج النفايات ، ثاني أكسيد الكربون ، والعودة إلى خلايا الدم الحمراء ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من خلال الرئتين.

بينما تلعب الجهاز الهضمي والجهاز التنفسي والدورة الدموية دورًا رئيسيًا في التنفس البشري ، فإن التنفس على المستوى الخلوي يحدث داخل الخلايا وفي الميتوكوندريا من الخلايا. يمكن تقسيم العملية إلى ثلاث خطوات مختلفة:

في تفاعل التنفس الخلوي الشامل ، ينتج كل جزيء جلوكوز 36 أو 38 جزيء ATP، اعتمادا على نوع الخلية. التنفس الخلوي عند البشر هو عملية مستمرة وتتطلب تزويدًا مستمرًا بالأكسجين. في غياب الأكسجين ، تتوقف عملية التنفس الخلوي عند التحلل.

يتم تخزين الطاقة في سندات الفوسفات ATP

الغرض من التنفس الخلوي هو إنتاج جزيئات ATP من خلال أكسدة من الجلوكوز.

على سبيل المثال ، صيغة التنفس الخلوي لإنتاج 36 جزيء ATP من جزيء الجلوكوز هي C₆هيدروجين₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + الطاقة (جزيئات 36ATP). تقوم جزيئات ATP بتخزين الطاقة في الثلاثة روابط مجموعة الفوسفات.

يتم تخزين الطاقة التي تنتجها الخلية في رابطة مجموعة الفوسفات الثالثة ، التي تضاف إلى جزيئات ATP أثناء عملية التنفس الخلوي. عند الحاجة إلى الطاقة ، يتم كسر رابطة الفوسفات الثالثة واستخدامها في التفاعلات الكيميائية للخلايا. ل الأدينوزين ثنائي فسفات يتم ترك جزيء (ADP) مع مجموعتين من الفوسفات.

أثناء التنفس الخلوي ، يتم استخدام الطاقة الناتجة عن عملية الأكسدة لتغيير جزيء ADP مرة أخرى إلى ATP عن طريق إضافة مجموعة فوسفات ثالثة. مرة أخرى ، يكون جزيء ATP جاهزًا مرة أخرى لكسر هذا الرابط الثالث لإطلاق الطاقة لاستخدام الخلية.

تحلل السكر يمهد الطريق للأكسدة

في تحلل السكر ، ينقسم جزيء الجلوكوز المكون من ستة الكربون إلى جزأين لتشكيل جزئين البيروفات الجزيئات في سلسلة من ردود الفعل. بعد دخول جزيء الجلوكوز إلى الخلية ، يستقبل كل من شطريه المكونين من ثلاثة كربون مجموعتين من الفوسفات في خطوتين منفصلتين.

أولا ، جزيئات ATP الفوسفات نصفي جزيء الجلوكوز عن طريق إضافة مجموعة الفوسفات إلى كل واحد. ثم تضيف الإنزيمات مجموعة فوسفات أخرى إلى كل من نصفي جزيء الجلوكوز ، مما ينتج عنه نصفي جزيء ثلاثي الكربون ، ولكل منهما مجموعتان من الفوسفات.

في سلسلتين أخيرتين ومتوازيتين من التفاعلات ، يفقد النصفان المكونان من ثلاثة أجزاء من الفسفرة في جزيء الجلوكوز الأصلي مجموعات الفوسفات لتشكيل جزيئات البيروفات. يؤدي الفصل النهائي لجزيء الجلوكوز إلى إطلاق الطاقة المستخدمة لإضافة مجموعات الفوسفات إلى جزيئات ADP وتشكيل ATP.

يفقد كل نصف جزيء الجلوكوز مجموعتي الفوسفات وينتج جزيء البيروفات وجزيئين ATP.

موقعك

يحدث التحلل في الخلايا الخلوية الخلوية ، لكن بقية عملية التنفس الخلوي تنتقل إلى الميتوكوندريا. لا يحتاج تحلل السكر إلى أكسجين ، ولكن بمجرد انتقال البيروفيت إلى الميتوكوندريا ، يصبح الأكسجين ضروريًا لجميع الخطوات الأخرى.

الميتوكوندريا هي مصانع الطاقة التي تسمح للأكسجين والبيروفيت بالدخول من خلال الغشاء الخارجي ثم السماح لمواد التفاعل بثاني أكسيد الكربون و ATP بالخروج إلى الخلية وإلى نظام الدورة الدموية.

دورة كريبس حامض الستريك تنتج الجهات المانحة للإلكترون

دورة حمض الستريك عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية الدائرية التي تولد NADH و FADH₂ الجزيئات. هذان المركبان يدخلان الخطوة اللاحقة في التنفس الخلوي سلسلة نقل الإلكترون، والتبرع الإلكترونات الأولية المستخدمة في السلسلة. و NAD الناتجة⁺ ويتم إرجاع مركبات FAD إلى دورة حمض الستريك لتغييرها إلى NADH الأصلي و FADH₂ أشكال وإعادة تدويرها.

عندما تدخل جزيئات البيروفات الثلاثة الكربون في الميتوكوندريا ، فإنها تفقد أحد جزيئات الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون ومركب ثنائي الكربون. يتأكسد منتج التفاعل لاحقًا ويتصل به أنزيم أ لتشكيل اثنين الاسيتيل coa الجزيئات. على مدار دورة حامض الستريك ، ترتبط مركبات الكربون بمركب مكون من أربعة الكربون لإنتاج سيترات كربونية.

في سلسلة من التفاعلات ، تطلق السيترات ذرتين كربونيتين كثاني أكسيد الكربون وتنتج 3 NADH و 1 ATP و 1 FADH₂ الجزيئات. في نهاية العملية ، تعيد الدورة تشكيل المركب الأصلي المكون من أربعة كربونات وتبدأ من جديد. تحدث ردود الفعل في الميتوكوندريا الداخلية ، و NADH و FADH₂ جزيئات ثم المشاركة في سلسلة نقل الإلكترون على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

تنتج سلسلة نقل الإلكترون معظم جزيئات ATP

تتكون سلسلة نقل الإلكترون من أربعة مجمعات البروتين تقع على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. يتبرع NADH الإلكترونات لأول مجمع البروتين بينما FADH₂ يعطي إلكتروناته إلى مجمع البروتين الثاني. تقوم مجمعات البروتين بتمرير الإلكترونات إلى أسفل سلسلة النقل في سلسلة من أكسدة الاختزال أو الأكسدة تفاعلات.

تتحرر الطاقة خلال كل مرحلة من مراحل الأكسدة والاختزال ، ويستخدمها كل مجمع بروتين في الضخ البروتونات عبر الغشاء الميتوكوندريا في الفضاء بين الغشاء بين الأغشية الداخلية والخارجية. تمر الإلكترونات إلى مجمع البروتين الرابع والأخير ، حيث تعمل جزيئات الأكسجين كمقبلات الإلكترون النهائية. تتحد ذرات الهيدروجين مع ذرة الأكسجين لتكوين جزيئات الماء.

كلما زاد تركيز البروتونات خارج الغشاء الداخلي ، التدرج الطاقة تم تأسيسه ، تميل إلى جذب البروتونات مرة أخرى عبر الغشاء إلى الجانب الذي يحتوي على تركيز البروتون السفلي. انزيم الغشاء الداخلي يسمى سينسيز اعبي التنس المحترفين يقدم البروتونات مرة أخرى عبر الغشاء الداخلي.

أثناء مرور البروتونات عبر سينسيز ATP ، يستخدم الإنزيم طاقة البروتون لتغيير ADP إلى ATP ، لتخزين طاقة البروتون من سلسلة نقل الإلكترون في جزيئات ATP.

التنفس الخلوي في البشر هو مفهوم بسيط مع العمليات المعقدة

تشتمل العمليات البيولوجية والكيميائية المعقدة التي تشكل التنفس على المستوى الخلوي على إنزيمات ومضخات بروتون وبروتينات تتفاعل على المستوى الجزيئي بطرق معقدة للغاية. في حين أن مدخلات الجلوكوز والأكسجين هي مواد بسيطة ، فإن الإنزيمات والبروتينات ليست كذلك.

نظرة عامة على انحلال السكر في الدم ، ودورة كريبس أو حمض الستريك وسلسلة نقل الإلكترون تساعد في توضيح كيفية عمل التنفس الخلوي على مستوى أساسي ، ولكن التشغيل الفعلي لهذه المراحل أكثر تعقيدًا.

لوصف عملية التنفس الخلوي أبسط على المستوى المفاهيمي. يأخذ الجسم العناصر الغذائية والأكسجين ويوزع الجلوكوز في الغذاء والأكسجين على الخلايا الفردية حسب الحاجة. تعمل الخلايا على أكسدة جزيئات الجلوكوز لإنتاج الطاقة الكيميائية وثاني أكسيد الكربون والماء.

يتم استخدام الطاقة لإضافة مجموعة فوسفات ثالثة إلى جزيء ADP لتكوين ATP ، ويتم التخلص من ثاني أكسيد الكربون من خلال الرئتين. يتم استخدام طاقة ATP من رابطة الفوسفات الثالثة لتشغيل وظائف الخلايا الأخرى. ولهذا كيف يشكل التنفس الخلوي الأساس لجميع الأنشطة البشرية الأخرى.