التنفس الخلوي
| English | العربية |
|---|---|
| proton gradient/ˈprəʊtɒn ˈɡreɪdɪənt/ | تدرج بروتوني |
| cellular respiration/ˈseljʊlə ˌrespɪˈreɪʃn/ | التنفس الخلوي |
| glycolysis/ɡlaɪˈkɒləsɪs/ | التحلل السكري |
| aerobic respiration/eəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ | التنفس الهوائي |
| fermentation/fɜːmənˈteɪʃn/ | التخمر |
| citric acid cycle/ˈsɪtrɪk ˈæsɪd ˈsaɪkl/ | دورة حمض الستريك |
| electron transport chain/ɪˈlektrɒn ˈtrænspɔːt tʃeɪn/ | سلسلة نقل الإلكترون |
| ATP synthase/ˌeɪ tiː ˈpiː ˈsɪnθeɪs/ | إنزيم合成 ATP |
| chemiosmosis/ˌkemɪəzˈməʊsɪs/ | الكيميائية الضوئية |
| anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ | التنفس اللاهوائي |
لماذا يمكن للخميرة رفع العجين دون أكسجين
- تطلق الخمرة ثاني أكسيد الكربون أثناء تخمر السكر، لذا يتم توسيع العجين حتى بدون إمداد بالأكسجين. ومع ذلك، يمكن للخلايا الهوائية الحصول على المزيد من ATP من نفس كمية السكر.
- اتبع الإلكترونات وتدرج البرونات لتفسير هذا الفرق؛ لا يمكن قائمة بمنتجات التفاعل وحدها أن تفسر إنتاج ATP.
التفاعل الكلي
- التنفس الخلوي يكسر الجلوكوز باستخدام الأكسجين.
- $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{ATP}$.
- تُلتقط الطاقة المحرزة على شكل ATP.
- يطرح ثاني أكسيد الكربون والماء كنفايات.
ما هو غرض التنفس الخلوي؟
التنفس الخلوي يكسر الجلوكوز لإطلاق الطاقة على شكل ATP.
المرحلة 1: تحلل السكر
- تحلل السكر يفصل الجلوكوز في السيتوبلازم.
- يصنع جزيئين أصغر (بيروفيت) وكمية قليلة من ATP.
- لا يحتاج هذا الخطوة الأولى إلى الأكسجين.
- إذا كان الأكسجين موجوداً، ينتقل البيروفيت إلى الميتوكوندريا.
مراحل التنفس
مرر عبر مراحل التنفس — ينقسم الجلوكوز، ثم يُكسر بالكامل في الميتوكوندريا لإطلاق الكثير من ATP.
المرحلة الأولى، وهي انقسام الجلوكوز في السيتوبلازم، تُسمى ____.
تحلل السكر يقسم الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات وينتج كمية صغيرة من ATP.
مع أو بدون أكسجين
- التنفس الهوائي يستخدم الأكسجين في الميتوكوند里亚 لإكمال تكسير الجلوكوز.
- يطلق كمية كبيرة من ATP.
- بدون أكسجين، يمكن للخلايا العضلية استخدام التخمر لإعادة توليد NAD⁺.
- بعد ذلك، يزود التحلل السكري فقط اثنان من صافي ATP لكل جلكوز؛ المنتجات الأخرى تشمل اللاكتات.
أيهما ينتج المزيد من ATP لكل جزيء جلوكوز: التنفس الهوائي الكامل أو التحلل السكري متبوعًا بالتخمر؟
يدعم نقل الإلكترونات الهوائي إنتاج ATP التأكسدي. التخمر يعيد توليد NAD⁺ لكن لا يضيف أي ATP ما عدا التحلل السكري.
ينتج التحلل السكري متبوعًا بالتخمر كمية أقل بكثير من ATP لكل جزيء جلوكوز مقارنة بالتنفس الهوائي الكامل.
يتيح التخمر استمرار التحلل السكري بإنتاج اثنين من صافي ATP لكل جزيء جلوكوز، دون إنتاج ATP التأكسدي.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول التنفس.
بناء الجلوكوز من CO₂ هو البناء الضوئي — وهو عكس التنفس. العبارات الثلاث الأخرى صحيحة.
تحميل حوامل الإلكترون
- ينتج التحلل السكري بيروفاتين، وصافي اثنين من ATP وNADH لكل جلكوز. يحرر أكسدة البيروفات ودورة حمض الستريك في مصفوفة الميتوكوندريا ثاني أكسيد الكربون ويحمل NADH وFADH₂ بالإلكترونات.
- تصنع الدورة أيضًا كمية صغيرة من ATP مباشرة. يحمل NADH وFADH₂ الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون في الغشاء الداخلي، بدلاً من حمل ATP بنفسه.
بناء تدرج بروتوني
- بينما تتحرك الإلكترونات عبر السلسلة، تضخ الطاقة المنبعثة البروتونات من المصفوفة إلى الحيز بين الغشائي. هذا يبني تدرج بروتوني: المزيد من H⁺ خارج الغشاء الداخلي، لذا يكون الجانب الخارجي له حموضة أقل (pH lower).
- الأكسجين هو مستقبل الإلكترون النهائي في التنفس الهوائي ويساهم في تكوين الماء. يوفر الغشاء الداخلي المطوي مساحة كبيرة لبروتينات النقل؛ تستخدم بدائيات النوى الهوائية غشاءها البلازمي بدلاً منه.
أثناء نقل الإلكترونات النشط في الميتوكوندريا، أي حيز يمتلك حموضة (pH) أقل؟
ضخ البروتونات يزيد تركيز H⁺ في الحيز بين الغشائين.
دع البروتونات تقود إنزيم تركيب ATP
- تعود البروتونات إلى المصفوفة عبر ATP synthase. يُعرف هذا التدفق بـ chemiosmosis، وهو ما يوفر الطاقة لربط ADP والفوسفات غير العضوي لتكوين ATP.
- يتم ربط نقل الإلكترون وإنتاج ATP من خلال التدرج. إذا سمح عامل عدم الاقتران (uncoupler) للبروتونات بالعبور في مكان آخر، فقد يستمر نقل الإلكترون لكن ينخفض إنتاج ATP وتتحول طاقة أكبر إلى حرارة.
يمكن أن يؤدي تسرب بروتون عبر الغشاء الداخلي إلى انخفاض إنتاج ATP حتى أثناء حركة الإلكترونات عبر السلسلة.
يُتجاوز هذا التسرب إنزيم合成ATP ويضعف التدرج.
الاستمرارية في تخمير الغلايكوز
- يقوم التخمير بنقل الإلكترونات من NADH إلى جزيء عضوي، مما يعيد توليد NAD⁺. بدون NAD⁺، تتوقف عملية تحلل السكر حتى لو كان هناك وفرة من الجلوكوز.
- لا يضيف تخمير اللاكتات أو الكحول أي ATP إضافي beyond glycolysis. بدلاً من ذلك، تستخدم بعض بدائيات النوى نقل إلكترونات لا هوائي مع مستقبل غير الأكسجين: هذه ليست نفس عملية التخمير.
كيف تسمح التخمر باستمرار تحلل السكر؟
تحلل السكر يحتاج إلى NAD⁺ مؤكسد لاستقبال الإلكترونات.
مثال محلول: إزالة الأكسجين
- في الميتوكوندريا الهوائية، يمنع حجب إمداد الأكسجين السلسلة من تمرير الإلكترونات إلى المستقبل النهائي. لم يعد NADH يتم أكسدته بكفاءة؛ وينخفض ضخ البروتونات وإنتاج ATP المؤكسد.
- الخلية القادرة على التخمير يمكنها إعادة تدوير NAD⁺ والحفاظ على تحلل السكر بإنتاج صافي قدره 2 ATP لكل جلوكوز. لا يعيد التخمير تشغيل سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا.
باستخدام صافي إنتاجية تحلل السكر المعلومة، كم عدد جزيئات ATP التي تُنتج من خمسة جزيئات جلوكوز عن طريق تحلل السكر متبوعاً بالتخمر؟
5 × 2 = 10 صافي ATP. التخمر يعيد توليد NAD⁺ بدلاً من إضافة ATP.
التخمير والتنفس اللاهوائي عمليتان مختلفتان. يعيد التخمير توليد NAD⁺ دون سلسلة نقل إلكترون. التنفس اللاهوائي يستخدم سلسلة بمستقبل نهائي غير الأكسجين. لا تعامل كل مسار خالٍ من الأكسجين على أنه نفس الآلية.
- يمكن لخلية الخميرة الحفاظ على تحلل السكر بدون أكسجين عن طريق تحويل البيروفات إلى كحول وثاني أكسيد الكربون، مع إعادة توليد NAD⁺.
- يأتي ATP الخاص بها من تحلل السكر. قارن ذلك بالتنفس الهوائي، حيث تتيح سلسلة نقل الإلكترون وتدرج البروتونات إنتاجًا أكبر بكثير من ATP.
التنفس الخلوي يطلق الطاقة من الجلوكوز على شكل ATP. يبدأ بـ glycolysis في السيتوبلازم (بدون الحاجة للأكسجين). مع وجود الأكسجين، يكمل aerobic respiration المهمة في الميتوكوندريا ويطلق الكثير من ATP؛ يحافظ التخمير على تحلل السكر عن طريق إعادة تدوير NAD⁺. عملية البناء الضوئي والتنفس لديهما متفاعلات ونواتج كلية مرتبطة، لكنهما تستخدمان مسارات مختلفة.