ماذا يحدث خلال التنفس الخلوي
خلال التنفس الخلوي تقوم الخلية بتفكيك جزيئات الغذاء (أهمها الجلوكوز) لإنتاج جزيئات الطاقة ATP مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون والماء كنواتج فضلات. هذه العملية هي الطريقة الأساسية التي تحصل بها الخلايا في جسم الكائن الحي على الطاقة اللازمة للحركة والنمو وبناء المواد الحيوية.
الفكرة العامة للتنفس الخلوي
- يتم “حرق” الجلوكوز داخل الخلية بطريقة منظمة عبر سلسلة تفاعلات كيميائية متتابعة لإنتاج الطاقة.
- الطاقة الناتجة تُخزَّن في صورة جزيئات ATP التي تستخدمها الخلية في جميع أنشطتها الحيوية.
- في التنفس الهوائي يلزم وجود الأكسجين، وينتج أكبر قدر من ATP مقارنة بالتنفس اللاهوائي (التخمر).
المراحل الأساسية لما يحدث
- التحلل السكري (تحلل الجلوكوز)
- يحدث في السيتوبلازم، حيث يُكسَّر جزيء جلوكوز واحد إلى جزيئين من حمض البيروفيك مع إنتاج كمية صغيرة من ATP ونواقل إلكترون (NADH).
* لا يحتاج الأكسجين في هذه المرحلة، لذلك فهي خطوة مشتركة بين التنفس الهوائي واللاهوائي.
- أكسدة البيروفيك وتكوين أستيل مرافق الإنزيم أ
- يدخل حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا ويتحوّل إلى أستيل مرافق الإنزيم A، مع خروج غاز ثاني أكسيد الكربون وتكوين NADH غني بالطاقة.
- دورة كريبس (دورة حمض الستريك)
- يتم فيها تفكيك أستيل مرافق الإنزيم A بالكامل تقريبًا، مع إنتاج مزيد من ثاني أكسيد الكربون وكمية صغيرة من ATP، وكميات كبيرة من NADH وFADH2 (حاملات إلكترون).
- سلسلة نقل الإلكترون والفسفرة التأكسدية
- تنتقل الإلكترونات من NADH وFADH2 عبر سلسلة من البروتينات في غشاء الميتوكوندريا الداخلي، مما يكوّن تدرجًا لأيونات الهيدروجين.
* تعود أيونات الهيدروجين عبر إنزيم بناء ATP فتُنتج معظم كمية ATP في التنفس الخلوي، ويتحد الأكسجين في النهاية مع الإلكترونات والهيدروجين لتكوين الماء.
ماذا يحدث في التنفس اللاهوائي (التخمر)؟
- عند غياب الأكسجين، لا تنتقل البيروفيك إلى الميتوكوندريا، بل تبقى في السيتوبلازم وتدخل في عملية التخمر.
- في الخميرة يحدث التخمر الكحولي وينتج عنه كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون وكمية قليلة من ATP.
- في العضلات البشرية المجهدة يحدث تخمر حمض اللاكتيك فينتج حمض اللاكتيك مع ATP أقل بكثير من التنفس الهوائي.
خلاصة مبسطة لما يحدث خلال التنفس الخلوي
- تفكيك الجلوكوز خطوة بعد خطوة لإطلاق الطاقة بدلاً من حرقه دفعة واحدة.
- تخزين الطاقة في ATP، مع إنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء (في التنفس الهوائي) كنواتج نهائية.
- استخدام هذه الطاقة في: انقباض العضلات، نقل المواد عبر الأغشية، وبناء البروتينات والإنزيمات والهرمونات داخل الخلية.
TL;DR: خلال التنفس الخلوي تُحوَّل الطاقة الكيميائية المخزَّنة في الجلوكوز إلى طاقة في صورة ATP عبر سلسلة مراحل (التحلل السكري، أكسدة البيروفيك، دورة كريبس، وسلسلة نقل الإلكترون)، مع إنتاج CO₂ وH₂O في وجود الأكسجين.