ن عملية التنفس الخلوي من العمليات المهمة التي تحدث في معظم أنواع الخلايا، وتتضمن مجموعة من المراحل التي سيتم ذكرها في هذا المقال.
دعونا نتعرف ما هو التنفس الخلوي؟ وأبرز المعلومات حوله فيما يأتي:
ما هو التنفس الخلوي؟
تُعد عملية التنفس الخلوي عملية بيوكيميائية تقوم على تحرير الطاقة من الروابط الكيميائية في جزيئات الغذاء من أجل توفيرها لعمليات الحياة الأساسية.
إذ أنها تحدث في جميع خلايا الكائنات الحية حقيقية النواة تحديدًا في الميتوكوندريا (Mitochondria) والتي تعد موقع معظم التفاعلات الكيميائية في الخلية.
كما أن عملية تحلل الغلوكوز الموجود في الجسم إلى شكل من الممكن أن تستخدمه الخلية من أجل الحصول على الطاقة يتم عن طريق هذه العملية، ومن الممكن أن تحدث عملية بوجود الأكسجين أو حتى بعدم وجوده.
مراحل هذه العملية
لقد اختلف علماء الأحياء فيما يتعلق بالأسماء وعدد مراحل هذه العملية، ومع ذلك من الممكن شرح، ووصف العملية بشكل كامل من خلال ثلاث مراحل رئيسية كما الآتي:
-
تحلل الغلوكوز (Glycolysis)
تبدأ هذه العملية من خلال عملية تحلل الغلوكوز أو التحلل السكريّ، وهي التي تتكون من سلسلة مكونة من عشرة تفاعلات كيميائية تحدث في معظم أنواع الخلايا.
وفي هذه المرحلة يحدث الآتي:
- يتم تحلل الغلوكوز إلى جزأين من حمض البيروفيك (Pyruvic acid) في سيتوبلازم الخلية، بالإضافة إلى تحول ثنائي النوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين (NAD+) إلى الشكل المختزل (NADH)، وينتج عن هذه المرحلة جزأين من الطاقة أو الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات (ATP).
- ينتقل حمض البيروفيك بعد الانتهاء من هذه المرحلة إلى الميتوكوندريا، ويتحول إلى أستيل مرافق الإنزيم-أ (Acetyl-CoA)، ويمكن اعتبار عملية تحول حمض البيروفيك إلى أستيل مرافق الإنزيم-أ مرحلة مستقلة تُعرف باسم التفاعل الانتقالي، أو أكسدة حمض البيروفيك.
-
حلقة كريبس (Krebs cycle)
تُعد هذه الحلقة أو الدورة المرحلة الثانية من عملية التنفس الخلوي، ومن خلالها تتحد جميع ذرات الهيدروجين الموجودة في الأسيتيل المرافق الإنزيم-أ مع ذرات الأكسجين من أجل إنتاج الآتي:
- أربعة جزيئات من الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات.
- جزيء واحد من ثنائي النوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين المختزل.
- بعض النواتج الثانوية، مثل: ثاني أكسيد الكربون، والماء.
-
سلسلة نقل الإلكترون (Electron transport chain)
تعد سلسلة نقل الإلكترون سلسلة من التفاعلات المعقدة التي تنتقل من خلالها الإلكترونات التي يحررها جزيء ثنائي النوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين المختزل عن طريق سلسلة من نواقل الإلكترونات من أجل أن تصل في النهاية إلى ذرات الأكسجين ليتكون الماء ويتحرر.
وخلال عملية انتقال الإلكترونات عبر السلسلة تفقد جزءًا من طاقتها، ويتم استخدام هذه الطاقة من أجل إنتاج 32 جزيئًا من الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات، ويطلق على هذه المرحلة أيضًا اسم مرحلة الفسفرة التأكسدية.
أنواع هذه العملية
تحدث عملية التنفس الخلوي على طريقتين أو نوعين، وذلك بالاعتماد على وجود الأكسجين أو عدم وجوده، ويوضح الجدول الآتي أهم أوجه التشابه والاختلاف بين كل منهما:
| وجه المقارنة | التنفس الهوائي (Aerobic respiration) | التنفس اللاهوائي (Anaerobic respiration) |
| التعريف | هي العملية التي تحدث فقط بوجود الأكسجين، وهي تعد ميزة وسمة تتميز بها الخلايا حقيقية النواة، خاصةً عندما تمتلك كمية كافية من الأكسجين. | هي عملية التنفس الخلوي التي تحدث دون وجود الأكسجين، والتي تعد المصدر الوحيد لبعض أنواع البكتيريا اللاهوائية من أجل الحصول على الطاقة. |
| المتفاعلات | الغلوكوز، والأكسجين. | الغلوكوز. |
| النواتج | ماء، وثاني أكسيد الكربون، وطاقة. | حمض اللاكتيك وطاقة في الحيوانات، أو إيثانول وثاني أكسيد الكربون وطاقة في الخميرة. |
| الموقع | السيتوبلازم في مرحلة التحلل السكري، والميتوكوندريا. | الجزء السائل من السيتوبلازم. |
| المراحل | التحلل السكري، وحلقة كريبس، والفسفرة التأكسدية. | التحلل السكري، وعملية التخمير. |
| إنتاج الطاقة | كمية عالية (36 جزيئًا). | كمية قليلة (جزيئان). |
