תוֹכֶן
נשימה סלולרית הוא סכום האמצעים הביוכימיים השונים אותם משתמשים אורגניזמים אוקיארוטיים כדי לחלץ אנרגיה ממזון, במיוחד גלוקוזה מולקולות.
תהליך הנשימה הסלולרי כולל ארבעה שלבים או שלבים בסיסיים: גליקוליזה, המופיע בכל האורגניזמים, פרוקריוטים ואוקריוטים; ה תגובת גשר, המסיים את השלב לנשימה אירובית; וה מחזור קרבס וה שרשרת העברת אלקטרונים, מסלולי תלות חמצן המופיעים ברצף במיטוכונדריה.
שלבי הנשימה התאית אינם מתרחשים באותה המהירות, ואותה קבוצה של תגובות עשויה להתקיים בקצב שונה באותו אורגניזם בתקופות שונות. לדוגמא, קצב הגליקוליזה בתאי השריר היה צפוי לעלות מאוד במהלך האינטנסיביות אנאירובי פעילות גופנית, שנגרמת ל"חוב חמצן ", אך שלבי הנשימה האירובית אינם מזרזים במידה ניכרת אלא אם התרגיל מתבצע ברמת עוצמה אירובית" לשלם לך ".
משוואת הנשימה הסלולרית
הנוסחה המלאה של הנשמה סלולרית נראית מעט שונה ממקור למקור, תלוי במה שהמחברים בוחרים לכלול כתגובות ומוצרים בעלי משמעות. לדוגמה, מקורות רבים משמיטים את נשאי האלקטרונים NAD+/ NADH ו- FAD2+/ FADH2 מהמאזן הביוכימי.
בסך הכל, מולקולת הסוכר של שישה פחמן מוסבת לפחמן דו-חמצני ומים בנוכחות חמצן כדי להניב 36 עד 38 מולקולות של ATP (אדנוזין טריפוספט, "מטבע האנרגיה" הטבעי של התאים). משוואה כימית זו מיוצגת על ידי המשוואה הבאה:
ג6ח12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 ח2O + 36 ATP
גליקוליזה
השלב הראשון של הנשימה התאית הוא גליקוליזה, שהיא קבוצה של עשר תגובות שאינן דורשות חמצן ומכאן שמתרחשות בכל תא חי. פרוקריוטות (מהתחומים חיידקים והארכאאה, שכונה בעבר "ארכבה-בקטריה") משתמשים בגליקוליזה כמעט אך ורק, ואילו אוקריוטות (בעלי חיים, פטריות, פרוטוטים וצמחים) משתמשים בה בעיקר כמגבלת שולחן לתגובות הרווחיות יותר של הנשימה אירובית.
גליקוליזה מתרחשת בציטופלזמה. ב"שלב ההשקעה "של התהליך נצרכים שני ATP כאשר שני פוספטים מתווספים לנגזרת הגלוקוזה לפני שהיא מפוצלת לשתי תרכובות שלוש פחמן. אלה הופכים לשתי מולקולות של פירובטה, 2 NADH וארבעה ATP עבור רווח נקי של שני ATP.
תגובת הגשר
השלב השני של הנשימה התאית מעבר או תגובת גשר, מקבל פחות תשומת לב משאר הנשימה התאית. עם זאת, כפי שהשם מרמז, לא תהיה דרך להגיע מגליקוליזה לתגובות האירוביות שמעבר לכך.
בתגובה זו, המתרחשת במיטוכונדריה, שתי המולקולות הפירובאטות מגליקוליזה מומרות לשתי מולקולות של אצטיל קו-אנזים A (אצטיל CoA), עם שתי מולקולות של CO2 המיוצר כפסולת מטבולית. לא מיוצר ATP.
מחזור קרבס
מחזור קרבס לא מייצר אנרגיה רבה (שני ATP), אך על ידי שילוב של מולקולת דו-פחמנית אצטיל CoA עם מולקולת אוקסלאצטט ארבע-פחמן, ועל ידי רכיב התוצר המתקבל דרך סדרת מעברים המגזרים את המולקולה חזרה לאוקסלואצטט, הוא מייצר שמונה NADH ושניים FADH2, מוביל אלקטרונים נוסף (ארבעה NADH ואחד FADH2 לכל מולקולת גלוקוזה הנכנסת לנשימה תאית בגלייקוליזה).
מולקולות אלה נחוצות לשרשרת ההובלה האלקטרונית, ובמהלך הסינתזה שלהן ארבע CO נוספות2 מולקולות נשפכות מהתא כפסולת.
שרשרת הובלות האלקטרונים
השלב הרביעי והאחרון של הנשימה הסלולרית הוא המקום בו "יצירת" האנרגיה העיקרית נעשית. האלקטרונים שנשאו על ידי NADH ו- FADH2 נמשכים ממולקולות אלה על ידי אנזימים בקרום המיטוכונדריאלי ומשמשים להנעה של תהליך הנקרא זרחן חמצוני, בו מדרג אלקטרוכימי המונע על ידי שחרור האלקטרונים הנ"ל מכניס את התוספת של מולקולות פוספט ל- ADP לייצור ATP.
חמצן נדרש לשלב זה, מכיוון שהוא מקבל האלקטרונים הסופי בשרשרת. זה יוצר H2הו, אז שלב זה הוא המקום ממנו מגיעים משוואת הנשימה התאית.
בסך הכל, 32 עד 34 מולקולות של ATP נוצרות בשלב זה, תלוי איך מסכמים את תפוקת האנרגיה. כך הנשימה סלולרית מניבה בסך הכל 36-38 ATP: 2 + 2 + (32 או 34).