7: נשימה סלולרית
- Page ID
- 205670
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
כמו צמח מייצר, גם צמחים ובעלי חיים חייבים לקחת אנרגיה מהסביבה ולהמיר אותה לצורה שתאיהם יכולים להשתמש בה. אנרגיה נכנסת לגוף של אורגניזם בצורה אחת ומומרת לצורה אחרת שיכולה לתדלק את תפקודי החיים של האורגניזם. בתהליך הפוטוסינתזה, צמחים ויצרנים פוטוסינתטיים אחרים לוקחים אנרגיה בצורה של אור (אנרגיה סולארית) וממירים אותה לאנרגיה כימית, גלוקוז, המאחסנת אנרגיה זו בקשרים הכימיים שלה. לאחר מכן, סדרה של מסלולים מטבוליים, הנקראים ביחד נשימה תאית, שואבת את האנרגיה מהקשרים בגלוקוז וממירה אותה לצורה שכל היצורים החיים יכולים להשתמש בה - הן יצרנים, כגון צמחים והן צרכנים, כגון בעלי חיים.
- 7.0: הקדמה לנשימה תאית
- אנרגיה נכנסת לגוף של אורגניזם בצורה אחת ומומרת לצורה אחרת שיכולה לתדלק את תפקודי החיים של האורגניזם. סדרה של מסלולים מטבוליים, הנקראים ביחד נשימה תאית, שואבת את האנרגיה מהקשרים בגלוקוז וממירה אותה לצורה שכל היצורים החיים יכולים להשתמש בה - הן יצרנים, כגון צמחים והן צרכנים, כגון בעלי חיים.
- 7.1: אנרגיה במערכות חיים
- ייצור אנרגיה בתוך תא כרוך במסלולים כימיים מתואמים רבים. רוב המסלולים הללו הם שילובים של תגובות חמצון והפחתה. חמצון והפחתה מתרחשים במקביל. תגובת חמצון מפשיטה אלקטרון מאטום בתרכובת, והוספת האלקטרון הזה לתרכובת אחרת היא תגובת הפחתה. מכיוון שחמצון והפחתה מתרחשים בדרך כלל יחד, זוגות התגובות הללו נקראים תגובות להפחתת חמצון, או תגובות חיזור.
- 7.2: גליקוליזה
- גליקוליזה היא הצעד הראשון בפירוק הגלוקוז להפקת אנרגיה למטבוליזם התאי. כמעט כל האורגניזמים החיים מבצעים גליקוליזה כחלק מהמטבוליזם שלהם. התהליך אינו משתמש בחמצן ולכן הוא אנאירובי. הגליקוליזה מתרחשת בציטופלזמה של תאים פרוקריוטים ואיקריוטים כאחד.
- 7.3: חמצון של פירובט ומחזור חומצת הלימון
- אם חמצן זמין, הנשימה האירובית תתקדם. בתאים אוקריוטיים, מולקולות הפירובט המיוצרות בסוף הגליקוליזה מועברות למיטוכונדריה, שהן אתרי הנשימה התאית. שם, פירובט יהפוך לקבוצת אצטיל שתיאסף ותופעל על ידי תרכובת נשא הנקראת קואנזים A (CoA). התרכובת המתקבלת נקראת אצטיל CoA. CoA עשוי מוויטמין B5, חומצה פנטותנית.
- 7.4: זרחון חמצוני
- קראת זה עתה על שני מסלולים בקטבוליזם של גלוקוז - גליקוליזה ומחזור חומצת לימון - היוצרים ATP. רוב ה- ATP שנוצר במהלך הקטבוליזם האירובי של גלוקוז, לעומת זאת, אינו נוצר ישירות ממסלולים אלה. במקום זאת, הוא נגזר מתהליך שמתחיל בהעברת אלקטרונים דרך סדרה של מובילי אלקטרונים שעוברים תגובות חיזור. זה גורם ליוני מימן להצטבר בתוך חלל המטריצה.
- 7.5: מטבוליזם ללא חמצן
- בנשימה אירובית, מקבל האלקטרונים הסופי הוא מולקולת חמצן, O2. אם מתרחשת נשימה אירובית, אז ATP יופק באמצעות האנרגיה של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה הנישאים על ידי NADH או FADH2 לשרשרת הובלת האלקטרונים. אם הנשימה האירובית אינה מתרחשת, יש לחמצן מחדש את NADH ל- NAD+ לשימוש חוזר כנשא אלקטרונים כדי שהמסלול הגליקוליטי ימשיך.
- 7.6: חיבורים של מסלולים מטבוליים של פחמימות, חלבונים ושומנים
- כל המסלולים הקטבוליים לפחמימות, חלבונים ושומנים מתחברים בסופו של דבר לגליקוליזה ולמסלולי מחזור חומצת הלימון. יש לחשוב על מסלולים מטבוליים כנקבוביים - כלומר, חומרים נכנסים ממסלולים אחרים, וחומרי ביניים יוצאים למסלולים אחרים. מסלולים אלה אינם מערכות סגורות. רבים מהמצעים, תוצרי הביניים והמוצרים במסלול מסוים הם מגיבים במסלולים אחרים.
- 7.7: ויסות הנשימה התאית
- יש לווסת את הנשימה התאית על מנת לספק כמויות אנרגיה מאוזנות בצורה של ATP. התא חייב גם ליצור מספר תרכובות ביניים המשמשות באנבוליזם ובקטבוליזם של מקרומולקולות. ללא בקרות, תגובות מטבוליות היו עומדות במהירות כאשר התגובות קדימה ואחורה הגיעו למצב של שיווי משקל. משאבים ישמשו בצורה לא הולמת.
תמונה ממוזערת: המבנה הכללי של תא פרוקריוטי. (CC על ידי 4.0; אופנסטקס).