التنفس في الكائنات الحيةالتنفس الخلوي:

التنفس في الكائنات الحيةالتنفس الخلوي:
العملية التي تستخلص بها خلايا الكائن الحي الطاقة اللازمة لنشاطها من الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية لجزيئات الطعام التي يصنعها النبات أو يتناولهاالحيوان.
الطاقة المنطلقة من تكسير الروابط الكيميائية في جزئ الجلوكوز يخزن في مركبات خاصة تسمى عملة الطاقة وهي جزئيات ATP (العملة الدولية للطاقة).
تركيب جزئ ATP
يتكون ATP من ثلاث وحدات هي:
الأدينين (قاعدة نيروجينية)- سكر الريبوز (خماسي الكربون)- ثلاث مجموعات فوسفات.
يتحول ATP إلى ADP وتنطلق طاقة حوالي من 7 إلى 12 سعر حراري كبير لكل مول.


معادلة التنفس الخلويتتم عملية أكسدة الجلوكوز وتحرير الطاقة في الميتوكوندريا على ثلاث مراحل:


1- مرحلة انشطار الجلوكوز.
2- دورة كربس.
3- سلسلة نقل الإلكترون.
يحدث انشطار الجلوكوز في منطقة السيتوسول وهي الجزء غير العضي من السيتوبلازم.
أما خطوات دورة كربس وسلسلة نقل الإلكترونات فتحدث في الميتوكوندريا حيث توجد إنزيمات تنفس - ماء- فوسفات- إنزيمات مساعدة- جزيئات حاملات الإلكترونات (السيتوكرومات) التي تحمل الإلكترونات على مستويات الطاقة المختلفة- مساعدات الإنزيم التي تحمل الهيدروجين في دورة كربس.
أولاً: مرحلة انشطار الجلوكوزتحدث هذه المرحلة في حالاتي التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي (لا تحتاج ).
ثانيًا: دورة كربس:
بعد انشطار الجلوكوز في السيتوسول إلى 2 جزئ حمض بيروفيك وتكون 2NADH - 2ATP.
يتحول كل جزئ من حمض البيروفيك في وجود مساعد الأنزيم CO - A إلى أستيل CO - A وينتج عن ذلك يمكن أن تنتج مجموعات أستيل من تكسير الأحمض الدهنية والأحمض الأمينية وتتحد مع مساعد الأنزيم CO- A
خطوات دورة كربس:
1- يدخل جزئ أستيل CO - A إلى دورة كربس حيث ينفصل عنه مساعد الأنزيم CO - A ليحمل مجموعات أستيل أخرى إلى دورة كربس.
2- تتحد مجموعة الأستيل (ثنائي الكربون 2C) مع حمض الأكسالوأستيك (رباعي الكربون 4C) لينتج حمض الستريك (سداسي الكربون 6C)
3- يمر حمض الستريك بعدد من المركبات الوسطية هي حمض كيتوجلوتاريك ثم حمض ساكسينك ثم حمض ماليك لتنتهي التفاعلات بحمض اكسالوأستيك الذي يرتبط مع مجموعة أستيل جديدة مكونًا حمض الستيرك مرة أخرى (لذلك تسمى دورة كربس بدورة حمض الستريك).
4- يتحرر أثناء الدورة:
5- تتكرر دورة كربس مرتين لكل جزئ من الجلوكوز حيث يعطي جزئ الجلوكوز 2 جزئ مجموعة أستيل وبالتالي تتضاعف المواد المتحررة عن الدورة وتصبح:
دورة كربس لا تتطلب وجود الأكسجين لأن الأكسدة تتم من خلال فقد الإلكترونات التي تستقبلها مركباتثالثًا: سلسلة نقل الإلكترون:
هي المرحلة الأخيرة من التنفس الهوائي، تتم مع نهاية دورة كربس حيث يمر الهيدروجين والإلكترونات (ذات طاقة عالية) والمحمولة على كل من خلال تتابع من مساعدات الإنزيمات الموجودة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا تسمى السيتوكرومات أو حاملات الإلكترونات.
- السيتوكرومات تحمل الإلكترونات في مستويات طاقة مختلفة.
- تمر الإلكترونات من سيتوكروم إلى سيتوكروم أخر.
- يصاحب ذلك انطلاق طاقة تخزن في مركبات ATP.
الفسفرة التأكسدية:
تكوين مركبات ATP من اتحاد مجموعة فوسفات مع ADP في وجود الطاقة المنطلقة من حركة الإلكترونات على السيتوكرومات ADP + P + E ……….. ATP
" يستقبل الأكسجين الإلكترونات (كل ذرة أكسجين تستقبل 2 إلكترون وتصبح أيون سالب).
" يتحد أيون الأكسجين السالب مع 2 أيون هيدروجين موجب لتكوين جزء ماء

" كل جزئ NADH يعطي 3ATP.
" وبناء على ذلك يمكننا حساب عدد جزئيات ATP الناتجة من أكسدة جزئ واحد من الجلوكوز في عملية التنفس الهوائي كالأتي:
1- ينتج 4ATP أثناء تحول 2 جزئ فوسفوجليسرالدهيد إلى 2 جزئ حمض البيروفيك (يستهلك منها 2ATP أثناء انشطار الجلوكوز إلى 2 جزئ فوسفورجليسرالدهيد ويبقى 2ATP ).
2- ينتج أثناء مرحلة انشطار الجلوكوز 2NADH التي ينتج عنها في سلسلة نقل الإلكترون 6ATP
3- ينتج 2NADH أثناء أكسدة 2 جزئ حمض البيروفيك إلى 2 جزئ أستيل والتي ينتج عنها في سلسلة نقل الإلكترون 6ATP
يصبح عدد جزئيات ATP = 14 في المرحلة ما قبل دورة كربس.
4- ينتج أثناء دورة كربس (التي تتكرر مرتين 6 NADH-2ATP (ينتج عنها سلسلة نقل الإلكترون 18ATP) - (ينتج عنها في سلسلة نقل الإلكترون 4ATP)
يصبح عدد جزئيات ATP = 24 في مرحلة دورة كربس.
وبذلك تصبح الطاقة المنطلقة من أكسدة جزئ جلوكوز واحد بالتنفس الهوائي = 38ATP