נשימה סלולרית אצל בני אדם

תוֹכֶן

• סקירה מהירה
• אנרגיה נשמרת באג"ח הפוספט של ATP
• גליקוליזה מכינה את הדרך לחמצון
• מקום
• מחזור חומצות לימון קרבס מייצר תורמי אלקטרונים
• שרשרת התחבורה האלקטרונית מייצרת את מרבית מולקולות ה- ATP
• נשימה סלולרית אצל בני אדם היא מושג פשוט עם תהליכים מורכבים

מטרת הנשימה התאית היא להמיר גלוקוז מהמזון לאנרגיה.

תאים מפרקים גלוקוז בסדרה של תגובות כימיות מורכבות ומשלבים את מוצרי התגובה עם חמצן לאגירת אנרגיה בתוכה אדנוזין טרי פוספט (ATP) מולקולות. מולקולות ה- ATP משמשות להפעלת פעילויות תאים ומשמשות כמקור האנרגיה האוניברסלי לאורגניזמים חיים.

סקירה מהירה

הנשימה התאית אצל בני אדם מתחילה במערכת העיכול והנשימה. מזון מתעכל במעי ומומר לגלוקוז. החמצן נספג בריאות ונאגר בכדוריות הדם האדומות. הגלוקוז והחמצן נודדים לגוף דרך מערכת הדם כדי להגיע לתאים הזקוקים לאנרגיה.

התאים משתמשים בגלוקוז ובחמצן ממערכת הדם לייצור אנרגיה. הם מספקים את התוצר הפסולת, פחמן דו חמצני, חזרה לכדוריות הדם האדומות והפחמן דו חמצני משתחרר לאטמוספירה דרך הריאות.

בעוד שמערכת העיכול, הנשימה והמחזור ממלאות תפקיד מרכזי בנשימה אנושית, הנשימה ברמה התאית מתרחשת בתוך התאים וב מיטוכונדריה של התאים. ניתן לפרק את התהליך לשלושה שלבים ברורים:

בתגובת הנשימה התאית הכוללת, כל מולקולת גלוקוז מייצרת 36 או 38 מולקולות של ATP, תלוי בסוג התא. הנשימה סלולרית אצל בני אדם היא תהליך רציף ומחייב אספקה ​​רציפה של חמצן. בהיעדר חמצן, תהליך הנשימה התאית נפסק בזמן גליקוליזה.

אנרגיה נשמרת באג"ח הפוספט של ATP

מטרת הנשמת התא היא לייצר מולקולות ATP דרך ה- חמצון של גלוקוז.

לדוגמא, נוסחת הנשימה התאית לייצור 36 מולקולות ATP ממולקולת גלוקוזה היא C₆ח₁₂הו₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6 ח₂אנרגיה O + (מולקולות 36ATP). מולקולות ה- ATP אוגרות אנרגיה בשלושתן קשרי קבוצות פוספטים.

האנרגיה המופקת על ידי התא מאוחסנת בקשר של קבוצת הפוספט השלישית, המתווספת למולקולות ה- ATP בתהליך הנשימה התאית. כאשר יש צורך באנרגיה, הקשר הפוספט השלישי נשבר ומשמש לתגובות כימיות של התא. א אדנוזין דיפוספט נותרה מולקולה (ADP) עם שתי קבוצות פוספט.

במהלך הנשימה סלולרית, האנרגיה מתהליך החמצון משמשת להחלפת מולקולת ADP בחזרה ל- ATP על ידי הוספת קבוצת פוספט שלישית. מולקולת ה- ATP שוב מוכנה לשבור את הקשר השלישי הזה כדי לשחרר אנרגיה לתא לשימוש.

גליקוליזה מכינה את הדרך לחמצון

ב גליקוליזה, מולקולת גלוקוז בעלת שישה פחמניות מפוצלת לשני חלקים ליצירת שניים פירובטה מולקולות בסדרת תגובות. לאחר כניסת מולקולת הגלוקוזה לתא, שני חצאי שלוש הפחמן שלה כל אחד מקבל שתי קבוצות פוספט בשני שלבים נפרדים.

ראשית, שתי מולקולות ATP זרחן את שני חצאי מולקולת הגלוקוז על ידי הוספת קבוצת פוספט לכל אחד מהם. ואז אנזימים מוסיפים עוד קבוצה אחת של פוספט לכל אחד מחצי מולקולת הגלוקוזה, וכתוצאה מכך שני חצאי מולקולות של שלוש פחמן, לכל אחת שתי קבוצות פוספט.

בשתי סדרות תגובות אחרונות ומקבילות, שני חצאי השלושה פחמן הזרחניים של מולקולת הגלוקוז המקורית מאבדים את קבוצות הפוספט שלהם ויוצרים את שתי מולקולות הפירובט. הפיצול הסופי של מולקולת הגלוקוז משחרר אנרגיה המשמשת להוסיף את קבוצות הפוספט למולקולות ADP ויוצרת ATP.

כל מחצית ממולקולת הגלוקוזה מאבדת את שתי קבוצות הפוספט שלה ומייצרת את מולקולת הפירובאט ושתי מולקולות ATP.

מקום

גליקוליזה מתרחשת בציטוזול התא, אך שאר תהליך הנשימה התאית עובר לתוכו מיטוכונדריה. גליקוליזה אינה זקוקה לחמצן, אך ברגע שהפירובט עבר למיטוכונדריה, נדרש חמצן לכל השלבים הבאים.

המיטוכונדריה הם מפעלי האנרגיה שמאפשרים לחמצן ופירובט להיכנס דרך הממברנה החיצונית שלהם ואז מאפשרים למוצרי התגובה פחמן דו חמצני ו- ATP לצאת חזרה לתא והלאה למערכת הדם.

מחזור חומצות לימון קרבס מייצר תורמי אלקטרונים

מחזור חומצות לימון הוא סדרה של תגובות כימיות מעגליות המייצרת NADH ו- FADH₂ מולקולות. שני תרכובות אלה נכנסות לשלב שאחרי הנשימה התאית, שרשרת העברת אלקטרונים, ולתרום את האלקטרונים הראשוניים המשמשים בשרשרת. NAD שהתקבלה⁺ ותרכובות FAD מוחזרות למחזור חומצות לימון כדי להחליף בחזרה ל- NADH ו- FADH המקוריות שלהן₂ צורות וממוחזר.

כאשר מולקולות הפירובאט עם שלוש הפחמן נכנסות למיטוכונדריה, הן מאבדות אחת ממולקולות הפחמן שלהן ליצירת פחמן דו חמצני ותרכובת דו פחמנית. לאחר מכן מתחמצן מוצר תגובה זה ומחובר אליו קו אנזים א ליצור שניים אצטיל CoA מולקולות. במהלך מחזור חומצות לימון, תרכובות הפחמן קשורות לתרכובת של ארבע פחמן כדי לייצר ציטראט של שש פחמן.

בסדרת תגובות משחרר הציטראט שני אטומי פחמן כפחמן דו חמצני ומייצר 3 NADH, 1 ATP ו- 1 FADH₂ מולקולות. בסוף התהליך המחזור מהווה את התרכובת המקורית של ארבע הפחמן ומתחיל שוב. התגובות מתרחשות בפנים המיטוכונדריה, וב- NADH ו- FADH₂ מולקולות ואז לוקחות חלק בשרשרת הובלת האלקטרונים על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה.

שרשרת התחבורה האלקטרונית מייצרת את מרבית מולקולות ה- ATP

שרשרת הובלת האלקטרונים מורכבת מארבעה תרכובות חלבון הממוקם על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. NADH תורם אלקטרונים למתחם החלבונים הראשון בזמן FADH₂ נותן את האלקטרונים שלו למתחם החלבון השני. מתחמי החלבון מעבירים את האלקטרונים במורד שרשרת ההובלה בסדרה של צמצום חמצון או רדוקס תגובות.

אנרגיה משתחררת במהלך כל שלב רדוקס, וכל מתחם חלבונים משתמש בו כדי לשאוב פרוטונים על פני הממברנה המיטוכונדרית אל תוך החלל הבין ממברני שבין הממברנות הפנימיות והחיצוניות. האלקטרונים עוברים למתחם החלבון הרביעי והאחרון בו מולקולות החמצן פועלות כמקבלי האלקטרונים הסופיים. שני אטומי מימן משתלבים עם אטום חמצן ליצירת מולקולות מים.

ככל שגוברת ריכוז הפרוטונים מחוץ לקרום הפנימי, שיפוע אנרגיה הוקמה, ונוטה למשוך את הפרוטונים חזרה על פני הממברנה לצד שיש בו את ריכוז הפרוטון התחתון. אנזים קרום פנימי הנקרא ATP synthase מציע לפרוטונים מעבר חזרה לקרום הפנימי.

כאשר הפרוטונים עוברים דרך סינתזת ATP, האנזים משתמש באנרגיית הפרוטון בכדי לשנות ADP ל- ATP, תוך אחסון אנרגיית הפרוטון משרשרת התחבורה האלקטרונית במולקולות ה- ATP.

נשימה סלולרית אצל בני אדם היא מושג פשוט עם תהליכים מורכבים

התהליכים הביולוגיים והכימיים המורכבים המרכיבים את הנשמה ברמה התאית כוללים אנזימים, משאבות פרוטון וחלבונים המתקיימים אינטראקציה ברמה מולקולרית בדרכים מורכבות מאוד. בעוד שתשומות הגלוקוז והחמצן הן חומרים פשוטים, האנזימים והחלבונים אינם.

סקירה כללית של גליקוליזה, מחזור קרבס או חומצת לימון ושרשרת העברת האלקטרונים עוזרת להפגין כיצד הנשימה התאית עובדת ברמה בסיסית, אך פעולתם בפועל של שלבים אלה מורכבת בהרבה.

לתאר את תהליך הנשימה התאית הוא פשוט יותר ברמה הרעיונית. הגוף נוטל חומרים מזינים וחמצן ומפיץ את הגלוקוז במזון והחמצן לתאים בודדים לפי הצורך. התאים מחמצנים את מולקולות הגלוקוז לייצור אנרגיה כימית, פחמן דו חמצני ומים.

האנרגיה משמשת להוסיף קבוצת פוספט שלישית למולקולת ADP ליצירת ATP, והפחמן הדו-חמצני מתבטל דרך הריאות. אנרגיית ATP מקשר הפוספט השלישי משמשת לכוח תפקודי תאים אחרים. כך הנשימה הסלולרית מהווה את הבסיס לכל הפעילויות האנושיות האחרות.