العمليات التي تنتج طاقه في جسم المخلوق الحي

اي العمليات تنتج طاقه في جسم المخلوق الحي

التنفس الخلوي

هي العملية التي تنتج طاقة في جسم المخلوق الحي .

فهي العملية التي تقوم بها المخلوقات الحية ويحدث بها تفاعل الأكسجين مع المواد الغذائية لتتحول إلى الطاقة الحيوية التي تحافظ على البقاء على قيد الحياة وتخلص الكائن من ثاني أكسيد الكربون والماء.[1]

تتم عملية التنفس الخل

وي

من خلال حدوث عدة تفاعلات كيميائية تقوم تلك العمليات بتحلل السكر (الجلوكوز) لينتج عن تلك العمليات طاقة تساعد جميع أعضاء الجسم على القيام بمهامها، وذلك عن طريق تحويل السكر في الجسم إلى الأدينوزين ثلاثي الفوسفات الذي يستخدم بشكل مباشر في إنتاج الطاقة، حيث ينتج جزيء الجلوكوز من 30 إلى 32 من عنصر الأدينوزين ثلاثي الفوسفات والذي يرمز له ATP.

خطوات عملية التنفس الخلوي

• التحلل السكري.
• دورة كريبس (دورة حمض الستريك).
• نقل الإلكترون (الأكسدة المفسفرة).

التحلل السكري

: هو التفكك البدائي للجلوكوز حتى يتحول إلى أنزيمات أخرى تسمى البيروفات وهو مركب ثلاثي الكربون، يتم في السيتوبلازم نقل البيروفات إلى الميتوكوندريا ويحدث لها أكسدة وهي عملية تحول كبيرة ويتغير بيروفات ثلاثي الكربون إلى عنصر ثنائي أسيتيل.

دورة كريبس (دورة حمض الستريك):

وتبدأ دورة TCA عندما يتفاعل ثنائي الأسيتيل و4 كربون oxaloacetate وينتج عنهما 6 سترات كربون وللعلم فإن كل جزيء من الجلوكوز في الخلية يتحول إلى جزيئين من البيروفات، ويتطلب ذلك الأمر إتمام دورتين ATP خلال

دورة كريبس

للتخلص من تحلل الجلوكوز بشكل تام.

نقل الإلكترون (الأكسدة المفسفرة)

: يتم نقل الإلكترونات من خلال سلسلة من التفاعلات الناتجة عن وجود إلكترونات ذات طاقة عالية ومن التفاعلات التي تحدث الأكسدة والاختزال، وتعمل تلك الإلكترونات على دفع البروتونات من خلال الغشاء مما يؤدي إلى تدرج البروتونات عن طريق تفاعل كهروكيميائي وفي آخر السلسلة الإنتقالية للالكترونات يتم تعيين مسار الإلكترون النهائي O2 مع البروتونات حتى ينتج الماء H2O، وفي نفس اللحظة يستغل سينسيز ATP حركة البروتونات الموجودة في مصفوفة الميتوكندريا حتى يتم إنتاج ATP.

الأماكن التي يتم بها التنفس الخلوي في الخلية

كما نعلم أن التنفس الخلوي يحدث على مراحل وخطوات مختلفة حيث


تتم كل عملية في مكان مختلف من الخلية


؛ يحدث للتحلل للجلوكوز في العصارة الخلوية (منطقة السيتوبلازم)، وتحدث دورة TCA في مصفوفة الميتوكوندريا بينما يحدث في نفس الوقت التأكسد على جزيئات الميتوكوندريا في الغشاء الداخلي، وتتوزع البروتونات في الغشاء الخلوي ويتم ضخها في وقت لاحق في المصفوفة.

المواد التي تتفاعل أثناء التنفس الخلوي

• الجلوكوز.
• نيوكليوتيد فلافين.
• التفاعل الثالث.
• التفاعل الأخير.

تعتمد كل مرحلة من مراحل التنفس الخلوي على مواد مختلفة لإتمام التفاعلات التي تحدث أثناء تلك العملية، وهم كما  يأتي:

الجلوكوز:

يأتي الجلوكوز في بداية المراحل ويدخل إلى عملية التحلل ويتفاعل معه إثنين من الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) واثنين من ADP واثنين من NAD + ونيكوتيناميد مأخوذ من فيتامين ب 3 وهو متقبل إلكتروني عالمي ويعد عنصر أساسي لإتمام عملية التنفس الخلوي.

نيوكليوتيد فلافين:

هو ثاني تفاعل يحدث أثناء

عملية التنفس الخلوي

يتطلب توافر متقبل إلكتروني عالمي FAD وهو نيوكليوتيد فلافين ويؤخذ من فيتامين ب 2 ويحدث هنا تفاعلات أكسدة البيروفات و NAD + و CoA العنصر المساعد.

التفاعل الثالث:

في دورة TCA التي تطلب واحدة من CoA وواحدة من ADP وواحدة من FAD وواحدة من NAD.

التفاعل الأخير:

وإلى هنا نصل إلى التفاعل الأخير الذي يستخدم به المستقبلات ويتم اختزلها إلى NADH و FADH 2 بشكل متتالى عبارة عن سلسلة من التفاعلات لنقل الإلكترون حيث يحدث فسفرة وأكسدة كل من ADP و NADH و FADH 2 و O 2.

النتائج التي تحدث من التنفس الخلوي

• ينتج ATP.
• ينتج الماء H2O.

ينتج ATP:

عند تحلل الجلوكوز يتم إنتاج جزيئين من البيروفات وأربع جزيئات من ATPs (وهي تتكون من زوج من ATP بروابط شبكية ) وجزيئين من NADH و جزيئين من الماء، في حال عدم توافر اوكسجين فإن تحلل الجلوكوز يعد العملية الوحيدة التي تتم في التنفس الخلوي وينتج عنها جزيئين ATP لكل جزيء من السكر، أما في حالة توافر الأوكسجين يحدث تفاعل أكسدة البيروفات وينتج عنها جزيء من أسيتيل CoA وجزيء من NADH وجزيء من co 2.

ينتج الماء H2O:

عند إتمام دورة TCA بعد تحلل الجلوكوز ينتج جزيء GTP (وهو مركب مشبع بالطاقة ويتشابه مع ATP ويتم استخدامه في مناطق الأس الهيدروجيني المنخفض) ، و 3 جزيئات من NADH ، وجزيء من FADH 2 ، وجزيئين من ثاني أكسيد الكربون، وهنا يتم تفاعل NADH و FADH 2 من خلال سلسلة نقل الإلكترونات وينتج عنهما ATP وتتم عملية الأكسدة الفسفورية وسلسلة نقل الإلكترونات وينتج عنهما 28-30 جزيء من ATP و 28-30 جزيء من الماء H2O لكل جزيء جلوكوز، وتنتهي جميع تفاعلات عملية التنفس الخلوي بالكامل بإنتاج 30 إلى 32 ATP لكل جزيء من الجلوكوز.

الأمراض التي تؤثر على عملية التنفس الخلوي وإنتاج الطاقة

• نقص البيروفات كيناز.
• نقص هكسوكيناز كرات الدم الحمراء.
• نقص ايزوميرازا الجلوكوز فوسفات.

تعد هذه الأمراض الأكثر انتشارًا والتي تسبب خلل في عملية تحلل السكر، بما أن التنفس الخلوي مجموعة من التفاعلات الحيوية لوظائف الجسم فينتج الكثير من المشاكل الصحية لدى الإنسان عند إصابتها بالأمراض، وتتورث الأمراض التي تصيب الخلايا والتي تؤثر على عملية التنفس الخلوي عن طريق الوراثة المتنحية أو إذا كان الأبوين لديهم جينات مصابة، ومن أعراض هذه الأمراض التي تظهر على الإنسان فقر الدم الانحلالي وتضخم الطحال واصفرار الجلد وبياض العين.

من الممكن أيضًا أن يتسبب نقص تلك العناصر في إنتاج إنزيم نازعة هيدروجين البيروفات عند حدوث تفاعل أكسدة البيروفات، مما يؤدي إلى إفراز الحمض اللبني الذي يسبب تراكم اللاكتات وتضاعف ألانين المصل نتيجة لتراكم البيروفات الذي يتم بعد ذلك تخميره ويتحول إلى حمض اللاكتيك، والإنسان الذي يصاب بهذه الأمراض منذ الولادة يجب أن يتبع نظام غذائي مختلف ويحتوي على الكثير من الدهون ويعد الكيتو من أفضل الأنظمة الغذائية التي تناسب هذه الفئة.

وعندما تتأثر بعض الإنزيمات أثناء دورة TCA مثل fumarase و succinyl-CoA synthase فيؤدي ذلك إلى الإصابة بالمرض ويشكو الكثير من الأشخاص الذين لديهم تلك المشكلة من تشنجات العضلات مفاجئة وتلقائية وتسمى خلل التوتر العضلي، كما تسبب أمراض الميتوكوندريا على حدوث اضطرابات وراثية ربما تؤثر على إفراز الإنزيمات التي تساعد على إتمام عملية الفسفرة المؤكسدة عند مشاركتها في سلسلة عمليات نقل الإلكترون وتتسبب في حدوث ضعف عضلي وقد يتسبب في حدوث شلل في العضلات.

وبجانب تلك الأمراض فإن تناول الأدوية والمواد الكيميائية المضرة يؤثر على

الفسفرة

المؤكسدة ونقل الإلكترون، وهنا يأتي دور اول اكسيد الكربون والسيانيد وهما من المواد التي تثبط المجمعات في سلسلة عمليات نقل الإلكترونات، وهناك مواد أخرى أيضًا منها سينسيز ATP ، مثل أوليغوميسين ، أو عطل التواصل بين سلسلة نقل الإلكترون و سينثيز ATP (وفي هذه الحالة تنفصل سلسلة نقل الإلكترون) ، مثل الأسبرين أو 2،4-ثنائي نتروفينول.[2]