العمليه التي تقوم بها الخليه وتحول الجلوكوز الى طاقه


الخليه وتحول الجلوكوز الى طاقه
الخليه وتحول الجلوكوز الى طاقه

داخل كل خلية من جميع الكائنات الحية ، هناك حاجة إلى الطاقة لتنفيذ عمليات الحياة. الطاقة مطلوبة لتحطيم الجزيئات وتكوينها ونقل العديد من الجزيئات عبر أغشية البلازما. كل عمل في الحياة يحتاج إلى طاقة. يتم أيضًا فقدان الكثير من الطاقة في البيئة على شكل حرارة. قصة الحياة هي قصة تدفق الطاقة – التقاطها ، وتغيير شكلها ، واستخدامها في العمل ، وفقدانها كحرارة. الطاقة ، على عكس المادة ، لا يمكن إعادة تدويرها ، لذلك تتطلب الكائنات الحية مدخلات ثابتة من الطاقة. تعمل الحياة على الطاقة الكيميائية. من أين تحصل الكائنات الحية على هذه الطاقة الكيميائية؟

من أين تحصل الكائنات الحية على الطاقة؟

الطاقة الكيميائية التي تحتاجها الكائنات الحية تأتي من الغذاء. يتكون الغذاء من جزيئات عضوية تخزن الطاقة في روابطها الكيميائية. الجلوكوز هو كربوهيدرات بسيط مع الصيغة الكيميائيةج6ح12ا6C6H12O6. يخزن الطاقة الكيميائية في شكل مركّز ومستقر. الجلوكوز في جسمك هو شكل الطاقة التي يتم حملها في الدم ويتم امتصاصها بواسطة تريليونات الخلايا لديك. تقوم الخلايا بالتنفس الخلوي لاستخراج الطاقة من روابط الجلوكوز وجزيئات الطعام الأخرى. يمكن للخلايا تخزين الطاقة المستخرجة في شكل ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات).

ما هو ATP؟

دعونا نلقي نظرة فاحصة على جزيء ATP. على الرغم من أنه يحمل طاقة أقل من الجلوكوز ، إلا أن تركيبته أكثر تعقيدًا. يشير الحرف “A” في ATP إلى غالبية الجزيء – الأدينوزين – مزيج من قاعدة نيتروجينية وخمسة كربون سكر. يشير الحرفان “T” و “P” إلى الفوسفات الثلاثة المرتبطين بروابط تحمل الطاقة التي تستخدمها الخلايا بالفعل. عادة ، ينكسر الرابط الخارجي فقط لإطلاق أو إنفاق الطاقة للعمل الخلوي.

جزيء ATP ، الموضح في الشكل أدناه ، يشبه بطارية قابلة لإعادة الشحن: يمكن للخلية استخدام طاقتها عندما تنقسم إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) والفوسفات ، ومن ثم يمكن إعادة شحن ADP “البطارية البالية” باستخدام طاقة جديدة لربط فوسفات جديد وإعادة بناء ATP. المواد قابلة لإعادة التدوير ، لكن تذكر أن الطاقة ليست كذلك! يمكن تقليل ADP إلى AMP (أحادي فوسفات الأدينوسين والفوسفات ، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة إضافية. كما هو الحال مع ADT “المعاد شحنه” إلى ATP ، يمكن إعادة شحن AMP إلى ADP.

ما هي تكلفة الطاقة للقيام بعمل جسمك؟ تستخدم خلية واحدة حوالي 10 ملايين جزيء ATP في الثانية وتعيد تدوير جميع جزيئات ATP كل 20-30 ثانية تقريبًا.

ما هو التنفس الخلوي؟

التنفس الخلوي هو العملية التي تقوم بها الخلايا الحية بتكسير جزيئات الجلوكوز وإطلاق الطاقة. تشبه العملية الحرق ، على الرغم من أنها لا تنتج ضوءًا أو حرارة شديدة كما يحدث في نار المخيم. وذلك لأن التنفس الخلوي يطلق الطاقة في الجلوكوز ببطء ، في العديد من الخطوات الصغيرة. تستخدم الطاقة التي يتم إطلاقها لتكوين جزيئات ATP ، وهي الجزيئات الحاملة للطاقة التي تستخدمها الخلايا لتشغيل العمليات الكيميائية الحيوية. يتضمن التنفس الخلوي العديد من التفاعلات الكيميائية ، ولكن يمكن تلخيصها جميعًا بهذه المعادلة الكيميائية:ج6ح12ا6+ 6ا2⟶ 6كو2+ 6ح2O + الطاقةC6H12O6+6O2⟶6CO2+6H2O+Energy

حيث تكون الطاقة المنبعثة في طاقة كيميائية في ATP (مقابل الطاقة الحرارية كحرارة). توضح المعادلة أعلاه أن الجلوكوز (ج6ح12ا6C6H12O6) والأكسجين (ا2O2) تتفاعل لتكوين ثاني أكسيد الكربون (كو2CO2) و الماء ح2اH2O، تطلق الطاقة في هذه العملية. نظرًا لأن الأكسجين ضروري للتنفس الخلوي ، فهو عملية هوائية .

ذات صلة  40 أسئلة معرفة عامة صعبة جدا في مسابقة الحانة الخاصة بك

يحدث التنفس الخلوي في خلايا جميع الكائنات الحية ، ذاتية التغذية وغيرية التغذية. كل منهم يحرق الجلوكوز لتكوين ATP. يمكن تصنيف تفاعلات التنفس الخلوي إلى ثلاث مراحل: تحلل السكر ، ودورة كريبس (وتسمى أيضًا دورة حمض الستريك) ، ونقل الإلكترون . الشكل5.9. 35.9.3 يعطي نظرة عامة على هذه المراحل الثلاث ، والتي تم وصفها أيضًا بالتفصيل أدناه.

تحلل السكر

المرحلة الأولى من التنفس الخلوي هي تحلل السكر . يحدث في العصارة الخلوية من السيتوبلازم.

تقسيم الجلوكوز

تعني كلمة تحلل الجلوكوز “تقسيم الجلوكوز” ، وهو بالضبط ما يحدث في هذه المرحلة. تقسم الإنزيمات جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات (المعروف أيضًا باسم حمض البيروفيك). يحدث هذا في عدة خطوات ، كما هو موضح في الرسم البياني التالي.

نتائج تحلل السكر

الطاقة مطلوبة في بداية التحلل السكري لتقسيم جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات. ينتقل هذان الجزيئان إلى المرحلة الثانية من التنفس الخلوي. يتم توفير الطاقة لتقسيم الجلوكوز بواسطة جزيئين من ATP. مع استمرار عملية التحلل الجلدي ، يتم إطلاق الطاقة ، ويتم استخدام الطاقة لصنع أربعة جزيئات من ATP. نتيجة لذلك ، هناك ربح صافٍ لاثنين من جزيئات ATP أثناء تحلل السكر. خلال هذه المرحلة ، يتم أيضًا نقل الإلكترونات عالية الطاقة إلى جزيئات NAD + لإنتاج جزيئين من NADH ، وهو جزيء آخر يحمل الطاقة. يستخدم NADH في المرحلة الثالثة من التنفس الخلوي لإنتاج المزيد من ATP.

دورة حمض الستريك

في الخلايا حقيقية النواة ، يتم نقل جزيئات البيروفات التي يتم إنتاجها في نهاية تحلل السكر إلى الميتوكوندريا ، وهي مواقع للتنفس الخلوي. إذا كان الأكسجين متاحًا ، فسوف يتقدم التنفس الهوائي. في الميتوكوندريا ، سيتحول البيروفات إلى مجموعة أسيتيل ثنائية الكربون (عن طريق إزالة جزيء من ثاني أكسيد الكربون) التي سيتم التقاطها بواسطة مركب ناقل يسمى الإنزيم المساعد A (CoA) ، وهو مصنوع من فيتامين ب 5 . يسمى المركب الناتج أسيتيل CoA. يمكن استخدام أسيتيل CoA بعدة طرق بواسطة الخلية ، ولكن وظيفتها الرئيسية هي توصيل مجموعة الأسيتيل المشتقة من البيروفات إلى المسار التالي في هدم الجلوكوز.

هيكل الميتوكوندريا

قبل أن تقرأ عن المرحلتين الأخيرتين من التنفس الخلوي ، تحتاج إلى مراجعة بنية الميتوكوندريا ، حيث تحدث هاتان المرحلتان. كما ترى من الشكل5.9. 65.9.6، الميتوكوندريا لها غشاء داخلي وخارجي. المسافة بين الغشاء الداخلي والخارجي تسمى الفضاء بين الغشاء. المساحة التي يحيط بها الغشاء الداخلي تسمى المصفوفة. المرحلة الثانية من التنفس الخلوي ، دورة كريبس ، تحدث في المصفوفة. المرحلة الثالثة ، نقل الإلكترون ، تتم على الغشاء الداخلي.

دورة كريبس

تذكر أن تحلل السكر ينتج جزيئين من البيروفات (حمض البيروفيك). تدخل هذه الجزيئات في مصفوفة ميتوكوندريا ، حيث تبدأ دورة كريبس . التفاعلات التي تحدث بعد ذلك موضحة في الشكل التالي.

خطوات دورة كريبس

تبدأ دورة كريبس نفسها بالفعل عندما يتحد أسيتيل CoA مع جزيء رباعي الكربون يسمى OAA (oxaloacetate). ينتج عن هذا حمض الستريك ، الذي يحتوي على ست ذرات كربون. هذا هو السبب في أن دورة كريبس تسمى أيضًا دورة حمض الستريك. بعد تشكل حامض الستريك ، يمر بسلسلة من التفاعلات التي تطلق الطاقة. يتم التقاط الطاقة في جزيئات NADH و ATP و FADH 2 (مركب آخر يحمل الطاقة.) يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أيضًا كمنتج نفايات لهذه التفاعلات. الخطوة الأخيرة من دورة كريبس تجدد OAA ، الجزيء الذي بدأ دورة كريبس. هذا الجزيء ضروري للدورة التالية خلال الدورة. هناك حاجة لدورتين لأن تحلل السكر ينتج جزيئين من حمض البيروفيك عندما ينشطر الجلوكوز.

ذات صلة  اسرع مخلوق بحري في العالم حسب الكثير من المصادر

نتائج دورة كريبس

بعد الدورة الثانية خلال دورة كريبس ، تم تكسير جزيء الجلوكوز الأصلي تمامًا. تم دمج جميع ذرات الكربون الست مع الأكسجين لتشكيل ثاني أكسيد الكربون. تم تخزين الطاقة من روابطها الكيميائية في ما مجموعه 16 جزيء حامل للطاقة. هذه الجزيئات هي:

  • 4 ATP (بما في ذلك 2 من تحلل السكر)
  • 10 NADH (بما في ذلك 2 من تحلل السكر)
  • 2 FADH22

الفسفرة التأكسدية

الفسفرة التأكسدية هي المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي الهوائي. هناك نوعان من المراحل الفرعية للفسفرة المؤكسدة ، سلسلة نقل الإلكترون والتناضح الكيميائي. في هذه المراحل ، يتم نقل الطاقة من NADH و FADH 2 ، والتي تنتج من المراحل السابقة من التنفس الخلوي ، إلى ATP.

سلسلة نقل الإلكترون

خلال هذه المرحلة ، يتم إطلاق الإلكترونات عالية الطاقة من NADH و FADH 2 ، وتتحرك على طول سلاسل نقل الإلكترون على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. سلسلة نقل الإلكترون هي سلسلة من الجزيئات التي تنقل الإلكترونات من جزيء إلى جزيء عن طريق تفاعلات كيميائية. يتم استخدام بعض الطاقة من الإلكترونات لضخ أيونات الهيدروجين (H + ) عبر الغشاء الداخلي ، من المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء. يخلق نقل الأيونات هذا تدرجًا كهروكيميائيًا يدفع تخليق ATP.

كيميائيات

يؤدي ضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء الداخلي إلى زيادة تركيز الأيونات في الحيز بين الغشاء مقارنة بالمصفوفة. يتسبب هذا التدرج في عودة تدفق الأيونات عبر الغشاء إلى المصفوفة ، حيث يكون تركيزها أقل. يعمل مركب ATP كبروتين قناة يساعد أيونات الهيدروجين عبر الغشاء. كما أنه يعمل بمثابة إنزيم ، مكونًا ATP من ADP والفوسفات غير العضوي في عملية تسمى الفسفرة المؤكسدة. يعطي تدفق أيونات الهيدروجين عبر سينسيز ATP طاقة لتخليق ATP. بعد المرور عبر سلسلة نقل الإلكترون ، تتحد الإلكترونات “المستنفدة” مع الأكسجين لتكوين الماء.

كم مقدار ATP؟

لقد رأيت كيف تستخدم المراحل الثلاث للتنفس الهوائي الطاقة الموجودة في الجلوكوز لإنتاج ATP. ما مقدار ATP الذي يتم إنتاجه في جميع المراحل الثلاث مجتمعة؟ ينتج تحلل السكر 2 جزيء ATP ، وتنتج دورة كريبس 2 آخرين. يبدأ نقل الإلكترون بعدة جزيئات من NADH و FADH 2 من دورة كريبس وينقل طاقتها إلى ما يصل إلى 32 جزيء ATP آخر. إجمالي ما يصل إلى 36 جزيء من ATP من جزيء واحد فقط من الجلوكوز في عملية التنفس الخلوي. 

ملخص

  • التنفس الخلوي هو العملية الهوائية التي تقوم بها الخلايا الحية بتكسير جزيئات الجلوكوز ، وإطلاق الطاقة ، وتشكيل جزيئات ATP. بشكل عام ، تتضمن هذه العملية المكونة من ثلاث مراحل تفاعل الجلوكوز والأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء.
  • تحدث المرحلة الأولى من التنفس الخلوي ، المسماة تحلل السكر ، في السيتوبلازم. في هذه الخطوة ، تقسم الإنزيمات جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، مما يطلق الطاقة التي تنتقل إلى ATP.
  • العضية المسماة بالميتوكوندريا هي موقع المرحلتين الأخريين من التنفس الخلوي. تحتوي الميتوكوندريا على غشاء داخلي وخارجي مفصولين بمساحة بين الغشاء ، والغشاء الداخلي يحيط بمساحة تسمى المصفوفة.
  • تحدث المرحلة الثانية من التنفس الخلوي ، التي تسمى دورة كريبس ، في مصفوفة ميتوكوندريا. خلال هذه المرحلة ، تؤدي دورتان خلال الدورة إلى جميع ذرات الكربون من جزيئي البيروفات اللذين يشكلان ثاني أكسيد الكربون ويتم تخزين الطاقة من روابطهما الكيميائية في إجمالي 16 جزيءًا حاملًا للطاقة (بما في ذلك 4 جزيئات من تحلل السكر).
  • تحدث المرحلة الثالثة والأخيرة من التنفس الخلوي ، والتي تسمى الفسفرة المؤكسدة ، على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. يتم نقل الإلكترونات من جزيء إلى جزيء عبر سلسلة نقل الإلكترون. يتم استخدام بعض الطاقة من الإلكترونات لضخ أيونات الهيدروجين عبر الغشاء ، مما يخلق تدرجًا كهروكيميائيًا يدفع تخليق العديد من جزيئات ATP.
  • في جميع المراحل الثلاث للتنفس الخلوي مجتمعة ، يتم إنتاج ما يصل إلى 36 جزيء من ATP من جزيء واحد فقط من الجلوكوز.
ذات صلة  اي مما يلي يعد مركز الطاقه في الخليه

مراجعة

  1. ما هو الغرض من التنفس الخلوي؟ قدم ملخصًا موجزًا ​​للعملية.
  2. رسم وشرح هيكل ATP (Adenosine Tri-Phosphate).
  3. اذكر ما يحدث أثناء تحلل السكر.
  4. صف هيكل الميتوكوندريا.
  5. حدد خطوات دورة كريبس.
  6. ماذا يحدث خلال مرحلة نقل الإلكترون في التنفس الخلوي؟
  7. كم عدد جزيئات ATP التي يمكن إنتاجها من جزيء جلوكوز واحد خلال المراحل الثلاث للتنفس الخلوي مجتمعة؟
  8. هل تخضع النباتات للتنفس الخلوي؟ لما و لما لا؟
  9. اشرح سبب اعتبار عملية التنفس الخلوي الموضحة في هذا القسم عملية هوائية.
  10. اذكر ثلاثة جزيئات حاملة للطاقة تشارك في التنفس الخلوي.
  11. يتم تخزين الطاقة داخل مادة كيميائية _________ داخل جزيء الجلوكوز.
  12. صح أم خطأ . أثناء التنفس الخلوي ، يتم استخدام NADH و ATP لصنع الجلوكوز.
  13. صح أم خطأ . يعمل سينسيز ATP كإنزيم وبروتين قناة.
  14. صح أم خطأ . ينتهي الكربون من الجلوكوز في جزيئات ATP في نهاية التنفس الخلوي.
  15. أي مرحلة من التنفس الخلوي الهوائي تنتج معظم ATP؟

Like it? Share with your friends!

Choose A Format
Story
Formatted Text with Embeds and Visuals
Trivia quiz
Series of questions with right and wrong answers that intends to check knowledge
Poll
Voting to make decisions or determine opinions
Personality quiz
Series of questions that intends to reveal something about the personality
List
The Classic Internet Listicles
Countdown
The Classic Internet Countdowns
Open List
Submit your own item and vote up for the best submission
Ranked List
Upvote or downvote to decide the best list item
Meme
Upload your own images to make custom memes
Video
Youtube, Vimeo or Vine Embeds
Audio
Soundcloud or Mixcloud Embeds
Image
Photo or GIF
Gif
GIF format