تعتبر عملية التنفس أو المعروفة باسم التنفس مهمة جدًا للكائنات الحية ، خاصة لتكون قادرة على الحفاظ على بقائها ، أحدها هو القدرة على الحصول على الطاقة. في عملية إنتاج الطاقة ، ينقسم التنفس إلى شكلين: التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي. الفرق الرئيسي بين الاثنين هو اعتمادهم على الأكسجين. التنفس الهوائي هو عملية تنفس تتطلب الأكسجين ، بينما التنفس اللاهوائي لا يتطلب الأكسجين. ستساعدنا الطاقة المتولدة من هذه العملية في أنشطتنا اليومية.
في هذه المناسبة ، سنناقش المزيد حول التنفس الهوائي ، بدءًا من الفهم وحتى مراحلها.
التنفس الهوائي
القليل عن التنفس ، التنفس هو عملية الاختزال والأكسدة والتحلل ، سواء كان بإمكانه استخدام الأكسجين أم لا ، والذي سيحول المركبات العضوية المعقدة إلى مركبات أبسط ، ويرافقه أيضًا عملية إطلاق كمية معينة من الطاقة في شكل ATP (Adenosine Tri Phosphate) . يأتي شكل الطاقة المتولدة من هذه العملية من الطاقة الكامنة الكيميائية في شكل روابط كيميائية.
وفي الوقت نفسه ، يمكننا تفسير التنفس الهوائي كرد فعل لتفكك مركبات الجلوكوز التي تتطلب مساعدة الأكسجين. يلعب الأكسجين هنا دورًا في التقاط الإلكترونات التي ستتفاعل بعد ذلك مع أيونات الهيدروجين وتنتج الماء (H 2 O). سيحدث هذا الحدث في أجسامنا ، في مكانين ، وهما السيتوبلازم (يحدث تحلل السكر)
مصدر الصورة: genome.gov
والميتوكوندريا (تطور نزع الكربوكسيل المؤكسد ، دورة كريبس ، ونقل الإلكترون).
مصدر الصورة: tribunnewswiki.com
مراحل التنفس الهوائي
بعد معرفة ما هو التنفس الهوائي ، حان الوقت الآن لنعرف كيف تعمل عملية التنفس هذه ، وما نوع النتائج التي سنحصل عليها. بادئ ذي بدء ، دعنا نلقي نظرة على مثال على رد فعل للتنفس الهوائي يبدو كالتالي:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O + طاقة (38 ATP)
لمزيد من التفاصيل يمكننا الاطلاع على الجدول التالي:
| مراحل | إدخال | المنتج |
| تحلل السكر (السيتوبلازم) | الجلوكوز | 2 حمض بيروفيك ، 2 NADH ، 2 ATP |
| نزع الكربوكسيل التأكسدي (مصفوفة الميتوكوندريا) | 2 حمض بيروفيك | 2 أسيتيل Co-A ، 2 CO 2 ، 2 NADH |
| دورة كريبس (مصفوفة الميتوكوندريا) | 2 أسيتيل كو-أ | 4 CO 2 ، 6 NADH، 2 FADH 2 ، 2 ATP |
| النقل الإلكتروني (غشاء الميتوكوندريا الداخلي) | 10 NADH 2 FADH 2 | 34 ATP ، 6 H 2 O |
تحلل السكر
في هذه العملية ، يتحلل الجلوكوز (6 ذرات كربون) إلى حمض البيروفيك (3 ذرات كربون). تحدث هذه العملية في السيتوبلازم في نوعين من التفاعلات ، Endergonic (يتطلب ATP) و Exergonic (ينتج ATP). في هذه المرحلة سيتم إنتاج 2 ATP و 2 Pyruvic Acid و 2 NADH وسيتم استخدام حمض البيروفيك الناتج كمكون في العملية التالية ، وهي نزع الكربوكسيل المؤكسد.
نزع الكربوكسيل المؤكسد
يمكن أيضًا الإشارة إلى نزع الكربوكسيل المؤكسد على أنه تفاعل وسيط لأن نزع الكربوكسيل المؤكسد هو تفاعل قبل الدخول في المرحلة التالية ، وهي دورة كريبس. تتم عملية نزع الكربوكسيل المؤكسدة في الميتوكوندريا ، على وجه التحديد في مصفوفة الميتوكوندريا. في عملية نزع الكربوكسيل المؤكسد ، يصبح حمض بيروفيك 1 أسيتيل Co-A.
في مرحلة تحلل السكر ، ستنتج كمية مركب جلوكوز واحد 2 حمض بيروفيك ، ونتيجة لذلك سيتم أيضًا تكوين 2 أسيتيل Co-A ، تتطلب هذه العملية أيضًا أنزيم A الذي سينتج 2 NADH من NAD +.
2 ستنتقل جزيئات Acetyl Co-A إلى المرحلة التالية ، وهي دورة كريبس.
دورة كريبس
غالبًا ما يشار إلى هذه الدورة أيضًا باسم دورة حامض الستريك ، لأنه في هذه المرحلة يتم إنتاج المركب الأولي على شكل حمض الستريك. المكان الذي تحدث فيه مراحل دورة كريبس في مصفوفة الميتوكوندريا.
نتيجة دورة كريبس هي مركب يعمل كمزود للهيكل الكربوني لتخليق المركبات الأخرى ، 3 NADH ، 1 FADH 2 ، و 1 ATP لكل حمض بيروفيك واحد.
نظرًا لأن مدخلات الركيزة السابقة كانت 2 أسيتيل Co-A لكل جزيء من مركبات الجلوكوز ، فإن النتائج التي تم الحصول عليها من دورة كريبس في عملية التنفس هذه هي 2 ATP و 6 NADH و 2 FADH 2 .
واحد مركب أكثر التي يتم تشكيلها في هذه العملية هو CO 2 ، واحد يأتي من عملية تشكيل NADH من NAD + التي تنتج 2 قطعة من CO 2 ، لأنه يستخدم 2 أسيتيل كو-A، 4 CO 2 سيتم تشكيلها .
يمكننا أن نستنتج أن نتائج عملية دورة كريبس هي 2 ATP و 4 CO 2 و 6 NADH و 2 FADH 2 . العملية التالية هي نقل الإلكترون والتي ستحول مركبات NADH و FADH 2 التي تم إنتاجها في المرحلة السابقة إلى ATP بحيث يمكن استخدامها من قبل الجسم.
نقل الإلكترون
نقل الإلكترون أو الفسفرة المؤكسدة هي المرحلة التي يتم فيها تحويل NADH و FADH 2 إلى طاقة على شكل ATP بحيث يمكن استخدامها من قبل الجسم. المكان الذي تحدث فيه مرحلة نقل الإلكترون هو الميتوكوندريا ، على وجه التحديد في الغشاء الداخلي (الكرستاي) للميتوكوندريا.
لكل جزيء 1 من NADH ينتج 3 ATP ، وكل جزيء 1 من FADH 2 سينتج 2 ATP. ثم ما هو المبلغ الإجمالي الناتج من ATP؟ حتى نتمكن من الإجابة على هذا السؤال ، فلنعد معًا:
مقدار NADH الناتج من المراحل السابقة هو:
| معالجة | عدد NADH |
| تحلل السكر | 2 NADH |
| نزع الكربوكسيل المؤكسد | 2 NADH |
| دورة كريبس | 6 NADH |
من العملية السابقة نحصل على 10 NADH ، لأن جزيء واحد NADH ينتج 3 ATP ، ثم إجمالي ATP الذي تم الحصول عليه هو:
10 NADH × 3 ATP = 30 ATP
وفي الوقت نفسه ، فإن كمية FADH 2 التي نحصل عليها من دورة كريبس هي جزيئين من FADH 2. إذا كان جزيء 1 FADH 2 ينتج 2 ATP ، فإن إجمالي ATP الذي نحصل عليه من FADH 2 هو 4 ATP.
إذا أضفنا 4 ATP الذي نحصل عليه من عملية Glycolition ودورة كريبس ، فإن إجمالي ATP الناتج في عملية التنفس الهوائي هو:
2 ATP + 2 ATP + 30 ATP + 4 ATP = 38 ATP
ومع ذلك ، في عملية تحلل السكر ، هناك عملية انتقال من السيتوبلازم إلى العملية التالية ، أي نقل الإلكترون الذي يحدث في الميتوكوندريا. سوف تتطلب عملية النقل هذه 2 من طاقة ATP. لذا فإن صافي ATP الناتج هو 36 ATP.
خاتمة
من بين العمليات الأربع التي يتم تمريرها في التنفس الهوائي ، سنحصل على نتيجة أو صيغة في الشكل:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O + طاقة (38 ATP)
ومع ذلك ، سيتم استخدام 2 ATP لعملية الانتقال من السيتوبلازم إلى الميتوكوندريا بحيث تكون النتيجة النهائية للاعبي التنس المحترفين 36 ATP ، والتي يمكن أن تستخدمها أجسامنا كمصدر للطاقة للأنشطة اليومية. تحدث العملية الكاملة للتنفس الهوائي في أجسامنا ، وبشكل أكثر دقة في خلايانا ، وبالتحديد في السيتوبلازم (يحدث تحلل السكر) والميتوكوندريا (يحدث نزع الكربوكسيل التأكسدي ، ودورة كريبس ، ونقل الإلكترون). الذي يحول الجلوكوز كمصدر للطاقة لجسم الإنسان.
هذا كل شيء عن التنفس الهوائي يجب أن تعرفه. هل لديك أي أسئلة حول هذا؟ يرجى كتابة سؤالك في عمود التعليقات ، ولا تنس مشاركة هذه المعرفة!
