ما اسم العملية التي تستعمل الأكسجين لتحليل الجلوكوز

ما اسم العملية التي تستعمل الأكسجين لتحليل الجلوكوز

هي عملية التنفس الخلوي .

عملية التنفس الخلوي هي سلسلة من العمليات المنظمة التي تنتج طاقة في شكل مركبات ATP، والتي يتم استخلاصها من مركبات الجلوكوز الموجودة في الأطعمة التي نتناولها خلال وجباتنا. وفيما يتعلق بكيفية حدوث عملية التنفس الخلوي داخل الخلية، تحدث هذه العملية خلال ثلاث مراحل

 المرحلة الأولى : يحدث تحلل السكر داخل حدود سيتوبلازم الخلية عند تكسير مركبات الجلوكوز، وتسمى هذه الخطوة بعملية تحلل السكر.

ما في المرحلة الثانية : تتم عملية نقل جزيئات البيروفات إلى الميتوكوندريا، وهي العضيات المعروفة باسم مراكز الطاقة داخل الخلايا، حتى تصل إليها وتُستخدم في عمليات إنتاج الطاقة
بعد إدخالهم في مجموعة تفاعلات يطلق عليها دورة كريبس، تم تحويلهم إلى مركب جزيء ثنائي الكربون.

يجب معرفة أن الميتوكوندريا تحتوي على غشاء داخلي محيط بها ومكون من العديد من الطيات ويسمى “كريستي”، وتساعد هذه الكريستالات على زيادة مساحة السطح الداخلي للغشاء بشكل كبير جدًا، حيث تحدث مجموعة كبيرة من تفاعلات التنفس الخلوي داخلها.

في المرحلة الأخيرة، وهي المرحلة الثالثة، تدخل الطاقة المخزنة داخل ما يسمى بناقلات الطاقة في سلسلة تفاعلات، وتعرف هذه السلسلة بسلسلة نقل الإلكترونات، وفي هذه المرحلة يتم استخدام كل مستويات الطاقة .

حتى يتم التمكن من إنتاج ATP كما أن الأكسجين له دور هام وضروري في عملية تحويل مركب الجلوكوز من صورته المتواجد عليها إلى ATP، وعدد جزيئات ال ATP التي يتم إطلاقهم وخروجهم خلال الخطوة الأولى هم جزيئين فقط من ATP لكل جلوكوز، وبتوالى الخطوات الخاصة بالتفاعل يتم إطلاق المزيد من جزيئات ال ATP.

أين يحدث التنفس الخلوي

داخل حدود الخلية .

لابد من التعرف أولاً على النوعين الرئيسيين من الخلايا وهما:

•  حقيقيات النوى .
• بدائيات النوى .

سنشرح معنى حقائق النواة حيث إنها تمثل مجموعة خلايا تحتوي على عدد من الأجزاء، ومن الأمثلة على هذه الأجزاء النواة والعضيات التي ترتبط بالغشاء .

أما بالنسبة لبدائيات النوى، فهي خلايا تفتقر إلى هذه المميزات ولا تحتوي على أي أجزاء، حيث يحدث عملية التنفس الخلوي في السيتوبلازم والميتوكوندريا داخل حقيقيات النوى.

الميتوكوندريا هي عبارة عن عضية ترتبط بغشاء مزدوج، وتتميز بوجود غشاء خارجي وغشاء داخلي، وتحتوي على مساحة بين الغشاء الخارجي والداخلي.

تحدث طيات كثيرة في الغشاء الداخلي تؤدي إلى تشكل النتوءات الصغيرة التي تشبه الأصابع وتسمى cristae.

يُطلق علىالجزء الداخلي الموجود في الميتوكوندريا اسم المصفوفة، وتنتمي الخلايا النباتية إلى نوع حقيقيات النوى مثل جميع الخلايا الحيوانية والفطرية، وبالتالي يمكن القول الآن أن موقع التنفس الخلوي داخل النباتات يتم في السيتوبلازم والميتوكوندريا.

فيما يتعلق بالبدائيات النووية، يحدث التنفس الخلوي داخل سيتوبلازم الخلية مباشرة، حيث تفتقر البدائيات النووية إلى العضيات المرتبطة بالغشاء، وبالتالي لا يمتلك هذا النوع ميتوكوندريا، ومن المنطقي أن يكون موقع التنفس الخلوي داخل السيتوبلازم.

معادلة التنفس الخلوي

عليك أن تعلم أن التنفس الخلوي في مُجملة ليس بعملية كيميائية واحدة إنما هي مجموعة أو سلسلة من التفاعلات الأيضية، فلذلك تختلف المسارات والمواقع التي يحدث فيها عملية التنفس داخل الخلية وليس لها مسار محدد، يتم عمل تبسيط لكي نتمكن من فهم التفاعل الكيميائي العام المتعلق بالتنفس الخلوي وهي كالتالي :

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38ATP

يتمثل تفكك الجلوكوز مع الأوكسجين لتكوين ست ثاني أكسيد الكربون وست ماء و ATP

يجب ملاحظة أن القيم متغيرة دائمًا وليست تكون ثابتة لجميع الكائنات الهوائية، فربما تتراوح بين 34 إلى 38 ATP، وليس بإمكان أحد توحيد عدد محدد للقيمة.

مخطط التنفس الخلوي

المرحلة الاولي وهي تحلل السكر

يتمثل المسار الأيضي الأولي الذي يحدث خلال عملية التنفس الخلوي في تحلل السكر، ويشتق اسم السكر من كلمة يونانية تعني “حلو” وكذلك من جزء آخر يعني “الانحلال .

يمكن تعريف التحلل السكري على أنه تحلل يحدث لجزيء واحد من الجلوكوز أو السكر إلى جزيئين من البيروفات، ويحدث التحلل السكري في العصارة الخلوية، ومن المعروف أن هذا التحلل يشتركز على تفاعل من النوع المنشط بعشرة إنزيمات

و المعادلة الكلية التي تسهل فهم حدوث تحلل السكر هي:
معادلة الاحتراق للجلوكوز: C6H12O6 + 2 NAD + 2 ADP + 2 P → 2 حمض البيروفيك (CH3 (C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H +

يتم خلال العملية الاستقلابية لتحليل السكر إلى جزيئات ATP إنتاج أربع جزيئات، ولكن يتم استخدام جزئين واستهلاكهما خلال مرحلة التحضير، وبالتالي يتم إنتاج شبكة تتكون من جزيئتي ATP فقط، وهذا ما يوضحه المعادلة الرياضية.

بعد انتهاء عملية تحلل السكر، يحدث تفاعل الارتباط حيث يتم نزع الكربوكسيل المؤكسد من البيروفات عن طريق مركب Pyruvate dehydrogenase (PDC).

يشير ذلك إلى حدوث عملية أكسدة للبيروفات الناتجة من مرحلة تحلل السكر، وبالتالي يتحول السكر إلى أسيتيل كو إيه وجزيء واحد من NADH، وهو رمز نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد، بالإضافة إلى جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون.

المرحلة الثانية من دورة كريبس أو دورة الحمض هي عملية تتكون من 8 خطوات، وتشمل وجود 18 إنزيما مختلفا. تحدث هذه العملية في مصفوفة الميتوكوندريا، وهي سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال. ينتج عنها أكسدة مجموعة الأسيتيل لتتحول إلى جزيئتين من ثاني أكسيد الكربون في الدورة. الهدف من هذه العملية هو توليد إلكترونات ذات طاقة مرتفعة من الكربون.

المرحلة الأخيرة في سلسلة نقل الإلكترون والفوسفورة التأكسدية هي المرحلة الأخيرة في التنفس الخلوي، ويحدث ذلك في عشاء الميتوكوندريا الداخلي.

يتم استخدام التدرج الكيميائي التناقضي لتحديد طريق أكسدة NADH والطريق الذي ستسلكه الإلكترونات من المتبرعين إلى المتقبلات داخل تفاعلات الأكسدة والاختزال.

تنتقل الإلكترونات من معقد لآخر، وتقل نسبة الأكسجين، مما يؤدي إلى إنتاج الماء. يعتبر ETC المسؤول عن وجود معظم ATP. حيث يتم إنتاج الماء و NAD و FAD، ويتم إعادة تدويرهما، وفي النهاية يتم إنتاج 38 ATP أو 34 و 36 في بعض الكائنات الأخرى

الفرق بين التنفس الخلوي والتخمر

هناك فرق رئيسي بين عملية التنفس الخلوي وعملية التخمر لا يجب تجاهله، حيث يتم تأكسد الجلوكوز بالكامل في وجود الماء وثاني أكسيد الكربون خلال عملية التنفس، بينما يحدث تأكسد جزئي للجلوكوز خلال عملية التخمر أثناء إنتاج مجموعة من الجزيئات العضوية الصغيرة

وبالتالي، نستنتج أن عدد مركبات الطاقة التي تنتج عن التنفس الخلوي أكبر من تلك التي تنتج عن التخمر.