7: التنفس الخلوي
- Page ID
- 196223
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
مثل النباتات المولدة، يجب على النباتات والحيوانات أيضًا أخذ الطاقة من البيئة وتحويلها إلى شكل يمكن لخلاياها استخدامه. تدخل الطاقة جسم الكائن الحي في شكل واحد ويتم تحويلها إلى شكل آخر يمكن أن يغذي وظائف حياة الكائن الحي. في عملية التمثيل الضوئي، تستهلك النباتات وغيرها من منتجي التمثيل الضوئي الطاقة في شكل ضوء (طاقة شمسية) وتحولها إلى طاقة كيميائية، جلوكوز، الذي يخزن هذه الطاقة في روابطها الكيميائية. بعد ذلك، تقوم سلسلة من مسارات التمثيل الغذائي، تسمى مجتمعة التنفس الخلوي، باستخراج الطاقة من الروابط الموجودة في الجلوكوز وتحويلها إلى شكل يمكن لجميع الكائنات الحية استخدامه - كل من المنتجين، مثل النباتات، والمستهلكين، مثل الحيوانات.
- 7.0: مقدمة للتنفس الخلوي
- تدخل الطاقة جسم الكائن الحي في شكل واحد ويتم تحويلها إلى شكل آخر يمكن أن يغذي وظائف حياة الكائن الحي. تقوم سلسلة من مسارات التمثيل الغذائي، والتي تسمى مجتمعة التنفس الخلوي، باستخراج الطاقة من الروابط الموجودة في الجلوكوز وتحويلها إلى شكل يمكن لجميع الكائنات الحية استخدامه - سواء المنتجين، مثل النباتات، أو المستهلكين، مثل الحيوانات.
- 7.1: الطاقة في الأنظمة الحية
- يتضمن إنتاج الطاقة داخل الخلية العديد من المسارات الكيميائية المنسقة. معظم هذه المسارات عبارة عن مجموعات من تفاعلات الأكسدة والاختزال. تحدث الأكسدة والاختزال جنبًا إلى جنب. يقوم تفاعل الأكسدة بتجريد إلكترون من ذرة في مركب، وإضافة هذا الإلكترون إلى مركب آخر هو تفاعل اختزالي. نظرًا لأن الأكسدة والاختزال يحدثان معًا عادةً، فإن هذه الأزواج من التفاعلات تسمى تفاعلات اختزال الأكسدة أو تفاعلات الأكسدة.
- 7.2: تحلل السكر
- تحلل السكر هو الخطوة الأولى في تكسير الجلوكوز لاستخراج الطاقة من أجل التمثيل الغذائي الخلوي. تقوم جميع الكائنات الحية تقريبًا بإجراء تحلل السكر كجزء من عملية التمثيل الغذائي. لا تستخدم العملية الأكسجين وبالتالي فهي لا هوائية. يحدث تحلل السكر في السيتوبلازم لكل من الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة.
- 7.3: أكسدة البيروفات ودورة حمض الستريك
- إذا كان الأكسجين متاحًا، فسيمضي التنفس الهوائي إلى الأمام. في الخلايا حقيقية النواة، يتم نقل جزيئات البيروفات المنتجة في نهاية تحلل السكر إلى الميتوكوندريا، وهي مواقع التنفس الخلوي. هناك، سيتم تحويل البيروفات إلى مجموعة أسيتيل يتم التقاطها وتنشيطها بواسطة مركب حامل يسمى الإنزيم المساعد A (CoA). يسمى المركب الناتج أسيتيل CoA. CoA مصنوع من فيتامين B5 وحمض البانتوثيني.
- 7.4: الفسفرة التأكسدية
- لقد قرأت للتو عن مسارين في هدم الجلوكوز - تحلل السكر ودورة حمض الستريك - اللذان يولدان ATP. ومع ذلك، فإن معظم ATP المتولد أثناء الهدم الهوائي للجلوكوز لا يتولد مباشرة من هذه المسارات. بل إنه مشتق من عملية تبدأ بتحريك الإلكترونات من خلال سلسلة من ناقلات الإلكترون التي تخضع لتفاعلات الأكسدة والاختزال. يؤدي هذا إلى تراكم أيونات الهيدروجين داخل مساحة المصفوفة.
- 7.5: التمثيل الغذائي بدون أكسجين
- في التنفس الهوائي، يكون مستقبل الإلكترون النهائي هو جزيء الأكسجين، O2. في حالة حدوث تنفس هوائي، سيتم إنتاج ATP باستخدام طاقة الإلكترونات عالية الطاقة التي يحملها NADH أو FADH2 إلى سلسلة نقل الإلكترون. في حالة عدم حدوث التنفس الهوائي، يجب إعادة أكسدة NADH إلى NAD+لإعادة استخدامه كحامل إلكتروني حتى يستمر مسار التحلل السكري.
- 7.6: اتصالات مسارات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والبروتين والدهون
- ترتبط جميع المسارات التقويضية للكربوهيدرات والبروتينات والدهون في النهاية بتحلل السكر ومسارات دورة حمض الستريك. يجب اعتبار المسارات الأيضية مسامية - أي أن المواد تدخل من مسارات أخرى، وتغادر المواد الوسيطة إلى مسارات أخرى. هذه المسارات ليست أنظمة مغلقة. العديد من الركائز والمواد الوسيطة والمنتجات في مسار معين هي مواد تفاعلية في مسارات أخرى.
- 7.7: تنظيم التنفس الخلوي
- يجب تنظيم التنفس الخلوي من أجل توفير كميات متوازنة من الطاقة في شكل ATP. يجب أن تولد الخلية أيضًا عددًا من المركبات الوسيطة التي تستخدم في عملية التمثيل الغذائي والهدم للجزيئات الكبيرة. بدون ضوابط، ستتوقف التفاعلات الأيضية بسرعة عندما تصل التفاعلات الأمامية والخلفية إلى حالة توازن. سيتم استخدام الموارد بشكل غير لائق.
الصورة المصغرة: البنية المعممة للخلية بدائية النواة. (CC بحلول 4.0؛ OpenStax).