ما المقصود بالتنفس الخلوي وانواع التنفس الخلوي ومراحله بالتفصيل

ما المقصود بالتنفس الخلوي ، أحد الأسئلة المهمة في علم الأحياء؟ قبل الإجابة على هذا السؤال سوف نشرح بعض المصطلحات والمفاهيم التي قد تفيدنا في الإجابة على السؤال ، وفي هذه المقالة سنشرح ما هي أنواع ومراحل التنفس الخلوي.

ما المقصود بالتنفس الخلوي؟

التنفس الخلوي هو المهمة التي تنتج معظم الطاقة في الخلية وتزود الجزيئات اللازمة للكائن الحي للقيام بتفاعلاته الأيضية ، خاصة في الميتوكوندريا التي تعتبر موقع معظم التفاعلات الكيميائية في الخلية ، وتحدث في كافة خلايا الكائنات حقيقية النواة. تتمثل المهمة في تحويل الخلايا للطعام لـ طاقة قابلة للاستخدام على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات.

في وجود الأكسجين الجزيئي ، ينقسم الجلوكوز لـ ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون ويتم الحفاظ على معظم الطاقة المنبعثة عبر تحويل الأدينوزين ثنائي الفوسفات والفوسفات الحر لـ أدينوزين ثلاثي الفوسفات وتحويل الجلوكوز في الجسم لـ شكل يمكن أن تستخدمه الخلية. من أجل الحصول على الطاقة ، يعيش بعملية التنفس الخلوي ومن الممكن أن تحدث عملية التنفس الخلوي في وجود أو حتى عدم وجود الأكسجين.

ما هي أهمية التنفس الخلوي

يحدث التنفس الخلوي في كافة الكائنات الحية لإطلاق الطاقة لتغذية حياتها والعمليات الحيوية ، كما أن أهمية التنفس الخلوي للكائنات متعددة الأوجه لأنها تساعد:

• المحافظة على درجة حرارة الجسم: يطلق التنفس الطاقة وهي عملية طاردة للحرارة تحدث باستمرار في كافة الخلايا الحية.
• تفاعلات كيميائية داخل الجسم: حيث تساعد عملية التنفس الخلوي في توجيه التفاعلات الكيميائية اللازمة للحفاظ على الكائنات الحية على قيد الحياة ، تتطلب تفاعلات البنية المعقدة الطاقة من منتجات التمثيل الضوئي للبروتينات والدهون في النباتات والمنتجات الهضمية في الحيوانات.
• حركة: في وقت أن الطاقة مطلوبة لتقلص العضلات في كافة الكائنات الحية ، فإن النباتات تتطلب مواد للتحرك في اللحاء ، ويتم كل هذا بفضل عملية التنفس الخلوي التي توفر الطاقة.
• تدفئة للأشياء: عندما تحدث عملية التنفس الخلوي في الحيوانات ، يتم إطلاق الحرارة أيضًا خلال هذه المهمة ويتم توزيع هذه الحرارة في كافة جوانب الجسم عبر الدم حيث تحافظ على دفء هذه الحيوانات وتساعد في الحفاظ على درجة حرارة داخلية ثابتة.
• انقسام الخلية: عملية التنفس الخلوي تساعد الخلايا في الجسم على الانقسام.
• توازن: يساعد في الحفاظ على ظروف مستقرة في الخلايا والجسم.

أنواع التنفس الخلوية

تحدث عملية التنفس الخلوي في وجود أو عدم وجود الأكسجين ، وعلى هذا الأساس تنقسم أنواع التنفس الخلوي لـ نوعين على النحو التالي:

• التنفس الهوائي: التنفس الهوائي هو المهمة التي من خلالها تستخدم الكائنات الحية الأكسجين لتحويل الوقود مثل الدهون والسكريات لـ طاقة كيميائية ، والتنفس الهوائي أكثر كفاءة وينتج أدينوزين ثلاثي الفوسفات أسرع بكثير من التنفس اللاهوائي.
• التنفس اللاهوائي: هو التنفس الخلوي الذي تلجأ إليه الكائنات الحية وخلاياها عند وجود نقص أو غياب ، حيث أنه انتهاء سلسلة التفاعلات التي تكسر الجلوكوز وتحول حمض البيروفيك لـ حمض اللاكتيك ، بدلاً من الدخول في دورة البيروفيك لإنتاج الطاقة والماء وثاني أكسيد الكربون.

مراحل التنفس الخلوي

في الكائنات الحية ، تتم المهمة الذاتية الخلوية على مراحل متعددة ، وهي:

تحلل السكر

وهي المرحلة الأولى من التنفس الخلوي وتحدث من السيتوبلازم في العصارة الخلوية وتنقسم لـ مرحلتين وهما:

• انقسام الجلوكوز: عندما تقوم الإنزيمات بتفكيك جزيء الجلوكوز لـ جزيئين من البيروفات ، والمعروفين أيضًا باسم حمض البيروفيك ، يحدث هذا في عدة مراحل.
• نتائج تحلل السكر: في بدء تحلل الجلوكوز ، تكون الطاقة المطلوبة لتقسيم جزيء الجلوكوز لـ جزيئين من البيروفات ، ينتقل هذان الجزيئان لـ المرحلة الثانية من التنفس الخلوي ، ويتم توفير الطاقة لتقسيم الجلوكوز بجزيئين من الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ، ومع تقدم عملية تحلل الجلوكوز ، يتم إطلاق الطاقة واستخدام الطاقة. هناك أربعة جزيئات أدينوسين ثلاثي الفوسفات في التركيبة.

دورة حمض الستريك

تتشكل جزيئات البيروفات في الخلايا حقيقية النواة ، ويتم نقل جزيئات البيروفات المتكونة في انتهاء التحلل السكري لـ الميتوكوندريا ، ومناطق التنفس الخلوي ، وفي حالة وجود الأكسجين ، يحدث التنفس الهوائي في الميتوكوندريا حيث سيتم إزالة البيروفات وتحويلها لـ مجموعة أسيتيل-ديكربون. جزيء ثاني أكسيد الكربون الذي سيتم التقاطه بواسطة مركب ناقل.

دورة كريبس

تبدأ دورة كريبس بعد تفاعلات تحلل السكر التي تنتج جزيئين من البيروفات ، وبعد دخول هذه الجزيئات لـ مصفوفة الميتوكوندريا ، تبدأ دورة كريبس فعليًا عندما يتحد الأسيتيل سيستئين مع 4 جزيئات من الكربون وهذا ينتج عنه حمض الستريك الذي يحتوي على ست ذرات كربون ، لذلك تسمى دورة كريبس أيضًا حمض الستريك. وتسمى أيضًا الدورة ، وبمجرد تكوين حمض الستريك ، يعيش بسلسلة من التفاعلات التي تشتعل وسيتم التقاط الطاقة في الجزيئات.

يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أيضًا كمنتج نفايات لهذه التفاعلات ، والخطوة الأخيرة من دورة كريبس هي تجديد الجزيء الذي يبدأ دورة كريبس ، وهذا الجزيء مطلوب للدورة التالية ، وبما أن التحلل السكري ينتج جزيئين من حمض البيروفيك عند تقسيم الجلوكوز ، ويلزم إجراء دورتين بعد الدورة الثانية خلال الدورة الثانية. تتفكك دورة كريبس ، جزيء الجلوكوز الأصلي ، تمامًا ويتم دمج كافة ذرات الكربون الست مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون ، حيث يتم تخزين الطاقة من روابطها الكيميائية في ما مجموعه 16 جزيء حامل للطاقة.

الفسفرة التأكسدية

الفسفرة التأكسدية هي المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي الهوائي وهناك مرحلتان فرعيتان من الفسفرة المؤكسدة:

• سلسلة نقل الإلكترون: في هذه المرحلة ، يتم إطلاق الإلكترونات عالية الطاقة وتتحرك على طول سلاسل نقل الإلكترون في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، وسلسلة نقل الإلكترون عبارة عن مجموعة من الجزيئات التي تنقل الإلكترونات من جزيء لـ جزيء عبر تفاعلات كيميائية ، ويتم استعمال بعض الطاقة من الإلكترونات لضخ أيونات الهيدروجين. من الغشاء الداخلي لـ الفراغ بين المصفوفة والغشاء ، يخلق هذا النقل الأيوني تدرجًا كهروكيميائيًا.
• مواد كيميائية: نظرًا لأن ضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء الداخلي يؤدي لـ زيادة تركيز الأيونات في الفراغ بين الغشاء مقارنةً بالمصفوفة ، وهذا التدرج يتسبب في تدفق الأيونات عبر الغشاء للعودة لـ المصفوفة حيث يكون تركيزها أقل ، يعمل ATP كبروتين قناة تساعد فيه أيونات الهيدروجين عبر الغشاء. .

في انتهاء هذا المقال تعرفنا على المقصود بالتنفس الخلوي ، ومن خلال شرح أهمية هذه المهمة تحدثنا عن أنواعه وجميع المراحل التي تحدث في عملية التنفس الخلوي.

المراجع

1. Dictionary.com ، 22.11.2020

2. bbc.co.uk ،، 11/22/2020

3. biologydictionary.net ، 11/22/2020

4. bio.libretexts.org، 22.11.2020