معلومة

ما منتج التنفس الخلوي الذي ينتج حمضًا عندما يكون في محلول مع الماء؟

ما منتج التنفس الخلوي الذي ينتج حمضًا عندما يكون في محلول مع الماء؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما منتج التنفس الخلوي الذي ينتج حمضًا عندما يكون في محلول مع الماء؟

سؤال الموضوع حقًا ، لم أتمكن من العثور على إجابة مباشرة.


التنفس الخلوي نفسه ، الذي يُعرَّف بأنه نشاط معقدات سلسلة الجهاز التنفسي I - V (بما في ذلك سينسيز ATP) ، هو ليس تحميض. على العكس من ذلك ، يتم التقاط البروتونات الحرة أثناء تخليق ATP ، لذلك يعمل التنفس الخلوي على رفع درجة الحموضة. ولكن بعد ذلك ، يتم دائمًا مطابقة تخليق ATP مع انهيار ATP في التفاعلات التي تستخدم الطاقة (تقلص العضلات ، على سبيل المثال) ، وتحرير ATP يحرر البروتونات التي تم التقاطها مرة أخرى. لذا فإن الدورة الكاملة لدوران ATP تكون درجة الحموضة محايدة. (لمزيد من المعلومات ، انظر للحصول على مثال http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6298937)

من ناحية أخرى ، ينتج نشاط دورة TCA ثاني أكسيد الكربون $ _2 دولار عند أكسدة الكربوهيدرات ، ويكون ثاني أكسيد الكربون _2 دولارًا مذابًا في الماء حمضيًا قليلاً (pK $ _a $ = 6.3) وبالتالي يميل إلى خفض الرقم الهيدروجيني. هذا هو التأثير الحمضي الرئيسي لعملية التمثيل الغذائي المؤكسد. في الحيوانات ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون المتولد عن طريق الرئتين ، وبالتالي فإن كمية ثاني أكسيد الكربون _2 دولار المذاب في مياه الجسم ثابتة (أكثر أو أقل) ، وبالتالي فإن الرقم الهيدروجيني ثابت.


كو2 من المحتمل أن تكون الإجابة التي تبحث عنها. هذا صحيح بشكل خاص إذا كان هذا ردا على سؤال دورة علم الأحياء 100 أو 200. بناءً على تأطير السؤال ، سأفترض أن هذا هو الحال.

رغم ذلك ، كما أشار آخرون ، هناك منتجات أخرى مؤهلة.


في زراعة الأنسجة والخلايا ، أتذكر أنه بعد أن استهلك خط خلايا العضلات الملساء الوعائي الذي كنت أعمل معه المركبات الموجودة في المخزن المؤقت ، بدأ الطاف يتحول إلى حامضي بسبب وجود حمض اللاكتيك.

تنتج الخلايا الهوائية اللاكتات الذي يتحول على الأرجح إلى حمض اللاكتيك مع H2O ومنتجات ثانوية أخرى (مثل H.+ ) موجودة في المادة الطافية.

كو2 يمكن أن يشكل التنفس أيضًا حمض الكربونيك (H2كو3) مع الماء. هذه مجرد أمثلة قليلة.

بروتون (الذي يشكل H3ا+ بالماء) أو واحد من العديد من الأنيونات التي يمكن أن تنتجها خلية أو موجودة في محلول مائي ، يمكن أن تخلق حمضًا عندما تكون في محلول مع الماء.

ضع في اعتبارك أن هناك العديد من الأنواع الخلوية المختلفة وأنواع التنفس.


بروموثيمول بلو & # 038 معمل التنفس الهوائي

استكشفت هذه التجربة كيف يؤثر التنفس الهوائي من التمرين على الحل الأساسي وانتقاله إلى حمض. يتم استخدام المزيد من الطاقة أثناء التمرين ، ويحتاج جسم الإنسان إلى مزيد من الأكسجين لتغذية التنفس الخلوي. ينتج التنفس الخلوي طاقة على شكل ATP ويطلق ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. المعادلة هي الجلوكوز + الأكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + الماء C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. (ديماند وآخرون ، 2002). وهذا يدعم التنبؤ بأن فترات التمرين الأطول ستؤدي إلى ارتفاع معدلات إنتاج ثاني أكسيد الكربون.


الجزء 1: تصنيع وتخزين النشا

باستخدام الطاقة من الشمس ، تقوم الكائنات الحية الضوئية بتحويل ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء إلى جلوكوز. لا تخزن النباتات هذه الطاقة الكيميائية على هيئة جلوكوز. باستخدام الإنزيمات ، تربط النباتات جزيئات الجلوكوز معًا وتخزنها كنشا عديد السكاريد. البطاطس هي موقع تخزين النشا الأساسي لمصنع البطاطس. يتفاعل اليود مع النشا لتشكيل لون مزرق. يمكنك رؤية النشا المخزن في خلية البطاطس عن طريق تلطيخ الخلايا باليود.

المواد

إجراء

  1. قطع شريحة رقيقة أو كشط بضع خلايا من سطح البطاطس.
  2. اصنعي طبقة مبللة من خلايا البطاطس وصبغها باستخدام قطرة من اليود.
  3. راقب خلاياك تحت طاقة عالية.
  4. ارسم بضع خلايا و ضع الكلمة المناسبة الهياكل التالية:
    1. جدار الخلية
    2. بلاستيد مع حبيبات نشاء (بقع أرجوانية)

    فكر في الأمر

    من أين أتى النشا في خلايا البطاطس؟


    محاذاة NGSS

    • MS-LS1-7. قم بتطوير نموذج لوصف كيفية إعادة ترتيب الطعام من خلال التفاعلات الكيميائية لتشكيل جزيئات جديدة تدعم النمو و / أو تطلق الطاقة أثناء انتقال هذه المادة عبر الكائن الحي.

    طرح الأسئلة وتحديد المشكلات. اطرح أسئلة يمكن التحقق منها في نطاق الفصل الدراسي والبيئة الخارجية والمتاحف والمرافق العامة الأخرى ذات الموارد المتاحة ، وعند الاقتضاء ، ضع فرضية تستند إلى الملاحظات والمبادئ العلمية.

    تحليل وتفسير البيانات. تحليل وتفسير البيانات لتقديم دليل على الظواهر.

    داخل نظام طبيعي أو مصمم ، يدفع نقل الطاقة حركة المادة و / أو تدويرها.

    السبب والنتيجة. يمكن استخدام علاقات السبب والنتيجة للتنبؤ بالظواهر في الأنظمة الطبيعية أو المصممة.


    عند وجود الأكسجين ، تستخدم الخلايا التنفس الهوائي للحصول على الطاقة من جزيئات الجلوكوز. [1] [2]

    تنتج الخلايا التي تخضع للتنفس الهوائي 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون ، و 6 جزيئات من الماء ، وما يصل إلى 30 جزيئًا من ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) ، والذي يستخدم مباشرة لإنتاج الطاقة ، من كل جزيء من الجلوكوز في وجود فائض من الأكسجين.

    في التنفس الهوائي ، يعمل الأكسجين كمستقبل للإلكترونات من سلسلة نقل الإلكترون. وبالتالي ، فإن التنفس الهوائي فعال للغاية لأن الأكسجين مادة مؤكسدة قوية. يستمر التنفس الهوائي في سلسلة من الخطوات ، مما يزيد أيضًا من الكفاءة - نظرًا لأن الجلوكوز يتحلل تدريجيًا ويتم إنتاج ATP حسب الحاجة ، يتم إهدار طاقة أقل كحرارة. ينتج عن هذه الاستراتيجية منتجات النفايات H2O و CO2 تتشكل بكميات مختلفة في مراحل مختلفة من التنفس. كو2 يتكون في نزع الكربوكسيل بيروفات ، H.2يتكون O في الفسفرة المؤكسدة ، وكلاهما يتكون في دورة حمض الستريك. [3] تشير الطبيعة البسيطة للمنتجات النهائية أيضًا إلى كفاءة طريقة التنفس هذه. يتم تحرير كل الطاقة المخزنة في روابط الكربون والكربون للجلوكوز ، تاركًا ثاني أكسيد الكربون2 و ح2على الرغم من وجود طاقة مخزنة في روابط هذه الجزيئات ، إلا أن الخلية لا يمكن الوصول إليها بسهولة. يتم استخراج كل الطاقة القابلة للاستخدام بكفاءة.

    يتم التنفس اللاهوائي عن طريق الكائنات الهوائية عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين في الخلية للخضوع للتنفس الهوائي وكذلك بواسطة خلايا تسمى اللاهوائية التي تؤدي بشكل انتقائي التنفس اللاهوائي حتى في وجود الأكسجين. في التنفس اللاهوائي ، تعمل المؤكسدات الضعيفة مثل الكبريتات والنترات كمؤكسدات بدلاً من الأكسجين. [4]

    بشكل عام ، يتم تكسير السكريات في التنفس اللاهوائي إلى ثاني أكسيد الكربون ومنتجات النفايات الأخرى التي تمليها مادة الأكسدة التي تستخدمها الخلية. في حين أن المؤكسد في التنفس الهوائي هو الأكسجين دائمًا ، فإنه يختلف في التنفس اللاهوائي. ينتج كل عامل مؤكسد منتج نفايات مختلف ، مثل النتريت ، والسكسينات ، والكبريتيد ، والميثان ، والأسيتات. وبالمقابل فإن التنفس اللاهوائي أقل كفاءة من التنفس الهوائي. في حالة عدم وجود الأكسجين ، لا يمكن كسر كل روابط الكربون والكربون في الجلوكوز لتحرير الطاقة. يتم ترك قدر كبير من الطاقة القابلة للاستخراج في منتجات النفايات. يحدث التنفس اللاهوائي بشكل عام في بدائيات النوى في البيئات التي لا تحتوي على الأكسجين.

    التخمير هو عملية أخرى يمكن للخلايا من خلالها استخراج الطاقة من الجلوكوز. إنه ليس شكلاً من أشكال التنفس الخلوي ، لكنه يولد ATP ، ويفكك الجلوكوز ، وينتج نفايات. يبدأ التخمر ، مثل التنفس الهوائي ، بتكسير الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات. من هنا ، يتم استخدام مستقبلات الإلكترون العضوية الذاتية ، بينما يستخدم التنفس الخلوي مستقبلات خارجية ، مثل الأكسجين في التنفس الهوائي والنترات في التنفس اللاهوائي. تنتج كل من هذه المستقبلات العضوية المتنوعة نفايات مختلفة. المنتجات الشائعة هي حمض اللاكتيك واللاكتوز والهيدروجين والإيثانول. كما يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون بشكل شائع. [5] يحدث التخمير في المقام الأول في الظروف اللاهوائية ، على الرغم من أن بعض الكائنات الحية مثل الخميرة تستخدم التخمر حتى عندما يكون الأكسجين وفيرًا.

    تحرير تخمير حمض اللاكتيك

    رد فعل نظري مبسط: ج6ح12ا6 2C3ح6ا3 + 2 ATP (120 كيلو جول) [6] يُعرف تخمير حمض اللاكتيك بالعملية التي تنتج بها خلايا عضلات الثدييات الطاقة في البيئات اللاهوائية ، كما هو الحال في حالات المجهود البدني الكبير ، وهي أبسط أنواع التخمير. يبدأ على نفس مسار التنفس الهوائي ، ولكن بمجرد أن يتحول الجلوكوز إلى بيروفات يستمر في أحد المسارين وينتج جزيئين فقط من ATP من كل جزيء من الجلوكوز. في المسار المثلي ، ينتج حمض اللاكتيك كنفايات. في المسار غير المتجانس ، ينتج حمض اللاكتيك وكذلك الإيثانول وثاني أكسيد الكربون. [7] يعتبر تخمير حمض اللاكتيك غير فعال نسبيًا. لم تتأكسد نفايات حمض اللاكتيك والإيثانول بالكامل ولا تزال تحتوي على طاقة ، ولكنها تتطلب إضافة الأكسجين لاستخراج هذه الطاقة. [8]

    بشكل عام ، يحدث تخمر حمض اللاكتيك فقط عندما تفتقر الخلايا الهوائية إلى الأكسجين. ومع ذلك ، فإن بعض خلايا الثدييات الهوائية ستستخدم بشكل تفضيلي تخمير حمض اللاكتيك على التنفس الهوائي. تسمى هذه الظاهرة بتأثير واربورغ وتوجد بشكل أساسي في الخلايا السرطانية. [9] ستستخدم خلايا العضلات تحت مجهود كبير أيضًا تخمير حمض اللاكتيك لتكملة التنفس الهوائي. يعتبر تخمير حمض اللاكتيك أسرع إلى حد ما ، على الرغم من أنه أقل كفاءة ، من التنفس الهوائي ، لذلك في أنشطة مثل الركض يمكن أن يساعد بسرعة في توفير الطاقة اللازمة للعضلات. [10]

    يحدث التنفس الخلوي في عروق الميتوكوندريا داخل الخلايا. اعتمادًا على المسارات المتبعة ، يتم التعامل مع المنتجات بطرق مختلفة.

    كو2 تفرز من الخلية عن طريق الانتشار في مجرى الدم ، حيث تنتقل بثلاث طرق:

    • يذوب ما يصل إلى 7٪ في شكله الجزيئي في بلازما الدم.
    • يتم تحويل حوالي 70-80٪ إلى أيونات الهيدروكربونات ،
    • والباقي يرتبط بالهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء وينتقل إلى الرئتين ويخرج الزفير. [11]

    ح2ينتشر O أيضًا من الخلية إلى مجرى الدم ، حيث يتم إفرازه على شكل عرق أو بخار ماء في التنفس أو بول من الكلى. يتم إزالة الماء ، إلى جانب بعض المواد المذابة ، من الدورة الدموية في النيفرون في الكلى ، ويتم إخراجها في النهاية على شكل بول. [12]

    يمكن معالجة منتجات التخمير بطرق مختلفة ، اعتمادًا على الظروف الخلوية.

    يميل حمض اللاكتيك إلى التراكم في العضلات ، مما يسبب آلامًا في العضلات والمفاصل بالإضافة إلى الإرهاق. [13] كما أنه يخلق تدرجًا يدفع الماء إلى التدفق خارج الخلايا ويزيد من ضغط الدم. [14] تشير الأبحاث إلى أن حمض اللاكتيك قد يلعب أيضًا دورًا في خفض مستويات البوتاسيوم في الدم. [15] يمكن أيضًا تحويله مرة أخرى إلى البيروفات أو تحويله مرة أخرى إلى جلوكوز في الكبد ويتم التمثيل الغذائي بالكامل عن طريق التنفس الهوائي. [16]


    ما هي نفايات منتجات التنفس؟

    في الحيوانات ، مثل البشر ، تكون نفايات التنفس الهوائي هي الماء وثاني أكسيد الكربون ، وفضلات التنفس اللاهوائي هي حمض اللاكتيك. التنفس الهوائي عبارة عن سلسلة من التفاعلات التي ترى أن الأكسجين يتم استهلاكه من أجل إطلاق الطاقة من الجلوكوز. يحدث التنفس اللاهوائي عندما يكون هناك دين أكسجين في الخلايا.

    يحدث التنفس الهوائي في الغالب داخل الميتوكوندريا في الخلايا حقيقية النواة وتكون الطاقة الموجودة في هذه الخلايا على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). التنفس هو في الأساس عملية إنتاج لـ ATP. خلال هذه العملية ، يمر الجلوكوز من خلال تحلل السكر ، مما يؤدي إلى تكوين البيروفات و ATP. إذا كان هناك أكسجين متاح ، فإن هذا البيروفات مؤكسج ، مما ينتج أسيتيل CoA ، وينتقل إلى الميتوكوندريا حيث يتم إنتاج المزيد من ATP ويتم إعطاء كل من الماء وثاني أكسيد الكربون. يتحد كل من الماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج حمض الكربوليك ، الذي يساعد في الحفاظ على مستويات الأس الهيدروجيني في الدم.

    إذا لم يكن هناك أكسجين متاح للبيروفات بعد تحلل السكر ، يدخل البيروفات في عملية التخمير. يُعرف هذا باسم التنفس اللاهوائي ، ويتم استخدامه عندما تستنفد الخلايا العضلية إمدادات الأكسجين الخاصة بها. أثناء التنفس الهوائي ، يمكن إنتاج ما يصل إلى 38 ATP ومع ذلك ، في التنفس اللاهوائي ، يتم إنتاج اثنين فقط. عندما يتوفر الأكسجين مرة أخرى ، يتشكل NAD + في الخلية مع الهيدروجين في حمض اللاكتيك لتكوين المزيد من ATP.


    35 أكسدة بيروفات ودورة حامض الستريك

    بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

    • اشرح كيف يختلف المسار الدائري ، مثل دورة حمض الستريك ، اختلافًا جوهريًا عن المسار الكيميائي الحيوي الخطي ، مثل تحلل السكر
    • صف كيف يتم تحضير البيروفات ، منتج تحلل السكر ، للدخول في دورة حمض الستريك

    إذا كان الأكسجين متاحًا ، فسوف يتقدم التنفس الهوائي. في الخلايا حقيقية النواة ، يتم نقل جزيئات البيروفات المنتجة في نهاية تحلل السكر إلى الميتوكوندريا ، وهي مواقع التنفس الخلوي. هناك ، يتم تحويل البيروفات إلى مجموعة أسيتيل يتم التقاطها وتنشيطها بواسطة مركب ناقل يسمى الإنزيم المساعد A (CoA). يسمى المركب الناتج أسيتيل CoA. CoA مشتق من فيتامين B5 وحمض البانتوثنيك. يمكن استخدام Acetyl CoA بعدة طرق بواسطة الخلية ، ولكن وظيفتها الرئيسية هي توصيل مجموعة الأسيتيل المشتقة من البيروفات إلى المرحلة التالية من المسار في هدم الجلوكوز.

    انهيار بيروفات

    لكي تدخل البيروفات ، نتاج تحلل السكر ، إلى المسار التالي ، يجب أن تخضع لعدة تغييرات. التحويل هو عملية من ثلاث خطوات ((الشكل)).

    الخطوة 1. تتم إزالة مجموعة الكربوكسيل من البيروفات ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من ثاني أكسيد الكربون في الوسط المحيط. يخلق هذا التفاعل مجموعة هيدروكسي إيثيل ثنائية الكربون مرتبطة بالإنزيم (بيروفات ديهيدروجينيز). يجب أن نلاحظ أن هذا هو أول ذرة من ستة ذرات من جزيء الجلوكوز الأصلي المراد إزالتها. (هذه الخطوة تستمر مرتين لأن هناك اثنين يتم إنتاج جزيئات البيروفات في نهاية الجلوكوز لكل جزيء من الجلوكوز يتم استقلابه لا هوائي ، وبالتالي ، سيتم إزالة اثنين من ستة ذرات كربون في نهاية كلتا الخطوتين.)

    الخطوة 2. تتأكسد مجموعة هيدروكسي إيثيل إلى مجموعة أسيتيل ، ويتم التقاط الإلكترونات بواسطة NAD + ، مكونًا NADH. سيتم استخدام الإلكترونات عالية الطاقة من NADH لاحقًا لتوليد ATP.

    الخطوه 3. يتم نقل مجموعة الأسيتيل المرتبطة بالإنزيم إلى CoA ، لإنتاج جزيء من الأسيتيل CoA.


    لاحظ أنه خلال المرحلة الثانية من استقلاب الجلوكوز ، عندما تتم إزالة ذرة الكربون ، فإنها ترتبط بذرتين من الأكسجين ، مما ينتج ثاني أكسيد الكربون ، وهو أحد المنتجات النهائية الرئيسية للتنفس الخلوي.

    أسيتيل CoA إلى CO2

    في وجود الأكسجين ، يسلم أسيتيل CoA مجموعة الأسيتيل (2C) إلى جزيء رباعي الكربون ، أوكسالأسيتات ، لتكوين السترات ، وهو جزيء من ستة كربون مع ثلاث مجموعات كربوكسيل هذا المسار سيجمع ما تبقى من الطاقة القابلة للاستخراج مما بدأ كجزيء جلوكوز وإطلاق ثاني أكسيد الكربون الأربعة المتبقية2 الجزيئات. يُطلق على هذا المسار الفردي أسماء مختلفة: دورة حمض الستريك (لأول وسيط مكون - حمض الستريك ، أو سترات - عندما تنضم الأسيتات إلى أوكسالأسيتات) ، دورة TCA (لأن حامض الستريك أو السترات والأيزوسترات أحماض ثلاثية الكربوكسيل) ، ودورة كريبس ، بعد هانز كريبس ، الذي حدد لأول مرة خطوات المسار في ثلاثينيات القرن الماضي في عضلات طيران الحمام.

    دورة حمض الستريك

    مثل تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA ، تحدث دورة حمض الستريك في مصفوفة الميتوكوندريا. جميع إنزيمات دورة حامض الستريك تقريبًا قابلة للذوبان ، باستثناء واحد من إنزيم نازعة هيدروجين السكسينات ، والذي يكون جزءًا لا يتجزأ من الغشاء الداخلي للميتوكوندريون. على عكس تحلل السكر ، فإن دورة حمض الستريك عبارة عن حلقة مغلقة: الجزء الأخير من المسار يعيد توليد المركب المستخدم في الخطوة الأولى. الخطوات الثماني للدورة هي سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال والجفاف والماء ونزع الكربوكسيل التي تنتج جزيئين من ثاني أكسيد الكربون ، أحدهما GTP / ATP ، والناقلات المختزلة NADH و FADH2 ((شكل)). يعتبر هذا مسارًا هوائيًا لأن NADH و FADH2 يجب أن ينقل المنتج إلكتروناته إلى المسار التالي في النظام ، والذي سيستخدم الأكسجين. إذا لم يحدث هذا النقل ، فإن خطوات الأكسدة لدورة حامض الستريك لا تحدث أيضًا. لاحظ أن دورة حمض الستريك تنتج القليل جدًا من ATP مباشرة ولا تستهلك الأكسجين بشكل مباشر.


    خطوات دورة حامض الستريك

    الخطوة 1. قبل الخطوة الأولى ، تحدث مرحلة انتقالية يتم خلالها تحويل حمض البيروفيك إلى أسيتيل CoA. بعد ذلك ، تبدأ الخطوة الأولى من الدورة: تجمع خطوة التكثيف هذه بين مجموعة الأسيتيل ثنائية الكربون وجزيء أوكسال أسيتات رباعي الكربون لتكوين جزيء من ستة كربون من السترات. يرتبط CoA بمجموعة سلفهيدريل (-SH) وينتشر بعيدًا ليتحد في النهاية مع مجموعة أسيتيل أخرى. هذه الخطوة لا رجعة فيها لأنها شديدة الجهد. يتم التحكم في معدل هذا التفاعل من خلال ردود الفعل السلبية وكمية ATP المتاحة. إذا زادت مستويات ATP ، ينخفض ​​معدل هذا التفاعل. إذا كان لدى ATP نقص في العرض ، يزداد المعدل.

    الخطوة 2. في الخطوة الثانية ، يفقد السترات جزيء ماء ويكتسب آخر حيث يتم تحويل السترات إلى أيزوميرها ، أيزوسيترات.

    الخطوه 3. في الخطوة الثالثة ، يتأكسد isocitrate ، وينتج جزيء من خمسة كربون ، α-ketoglutarate ، جنبًا إلى جنب مع جزيء CO2 واثنين من الإلكترونات ، مما يقلل من NAD + إلى NADH. يتم تنظيم هذه الخطوة أيضًا من خلال ردود الفعل السلبية من ATP و NADH والتأثير الإيجابي لـ ADP.

    الخطوة 4. الخطوتان الثالثة والرابعة هما خطوتان للأكسدة ونزع الكربوكسيل ، كما رأينا ، تطلق الإلكترونات التي تقلل NAD + إلى NADH وتطلق مجموعات الكربوكسيل التي تشكل ثاني أكسيد الكربون2 الجزيئات. Alpha-ketoglutarate هو نتاج الخطوة الثالثة ، ومجموعة succinyl هي نتاج الخطوة الرابعة. يرتبط CoA بمجموعة succinyl لتشكيل succinyl CoA. يتم تنظيم الإنزيم الذي يحفز الخطوة الرابعة عن طريق تثبيط التغذية المرتدة لـ ATP و succinyl CoA و NADH.

    الخطوة الخامسة. في الخطوة الخامسة ، يتم استبدال مجموعة الفوسفات بمساعد الإنزيم A ، ويتم تكوين رابطة عالية الطاقة. تُستخدم هذه الطاقة في الفسفرة على مستوى الركيزة (أثناء تحويل مجموعة السكسينيل إلى سكسينات) لتشكيل إما ثلاثي فوسفات الجوانين (GTP) أو ATP. هناك نوعان من الإنزيم ، يسمى الإنزيمات المتساوية ، لهذه الخطوة ، اعتمادًا على نوع النسيج الحيواني الذي توجد فيه. يوجد شكل واحد في الأنسجة التي تستخدم كميات كبيرة من ATP ، مثل القلب والعضلات الهيكلية. ينتج هذا النموذج ATP. يوجد الشكل الثاني من الإنزيم في الأنسجة التي تحتوي على عدد كبير من المسارات الابتنائية ، مثل الكبد. ينتج هذا النموذج GTP. GTP مكافئ من الناحية النشطة لـ ATP ، ومع ذلك ، فإن استخدامه أكثر تقييدًا. على وجه الخصوص ، يستخدم تخليق البروتين بشكل أساسي GTP.

    الخطوة 6. الخطوة السادسة هي عملية الجفاف التي تحول السكسينات إلى فومارات. يتم نقل ذرتين من الهيدروجين إلى FAD ، مما يؤدي إلى اختزاله إلى FADH2. (ملاحظة: الطاقة الموجودة في إلكترونات هذه الهيدروجين غير كافية لتقليل NAD + ولكنها كافية لتقليل FAD.) على عكس NADH ، يظل هذا الناقل مرتبطًا بالإنزيم وينقل الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون مباشرة. أصبحت هذه العملية ممكنة من خلال توطين الإنزيم الذي يحفز هذه الخطوة داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

    الخطوة 7. يضاف الماء عن طريق التحلل المائي للفومارات خلال الخطوة السابعة ، ويتم إنتاج مالات. تقوم الخطوة الأخيرة في دورة حمض الستريك بتجديد أوكسالو أسيتات عن طريق أكسدة مالات. ثم يتم إنتاج جزيء آخر من NADH في هذه العملية.

    انقر فوق كل خطوة من خطوات دورة حامض الستريك هنا.

    منتجات دورة حامض الستريك

    تدخل ذرتان من الكربون في دورة حمض الستريك من كل مجموعة أسيتيل ، وتمثل أربعة من أصل ستة ذرات كربون لجزيء جلوكوز واحد. يتم إطلاق جزيئين من ثاني أكسيد الكربون في كل منعطف من الدورة ، ومع ذلك ، لا تحتوي هذه بالضرورة على أحدث ذرات الكربون المضافة. سيتم إطلاق ذرتي كربون الأسيتيل في نهاية المطاف في دورات لاحقة من الدورة ، وبالتالي يتم دمج جميع ذرات الكربون الست من جزيء الجلوكوز الأصلي في نهاية المطاف في ثاني أكسيد الكربون. كل دورة من الدورة تشكل ثلاثة جزيئات NADH وواحد FADH2 مركب. ستتصل هذه الحاملات بالجزء الأخير من التنفس الهوائي ، سلسلة نقل الإلكترون ، لإنتاج جزيئات ATP. يتم أيضًا صنع GTP أو ATP واحد في كل دورة. يمكن استخدام العديد من المركبات الوسيطة في دورة حامض الستريك في تصنيع الأحماض الأمينية غير الأساسية ، وبالتالي فإن الدورة تكون برمائية (تقويضية ومنشطة).

    ملخص القسم

    في وجود الأكسجين ، يتم تحويل البيروفات إلى مجموعة أسيتيل مرتبطة بجزيء ناقل من الإنزيم المساعد أ. يمكن أن يدخل الأسيتيل CoA الناتج في عدة مسارات ، ولكن في أغلب الأحيان ، يتم تسليم مجموعة الأسيتيل إلى دورة حمض الستريك لمزيد من الهدم. أثناء تحويل البيروفات إلى مجموعة الأسيتيل ، تتم إزالة جزيء من ثاني أكسيد الكربون واثنين من الإلكترونات عالية الطاقة. يمثل ثاني أكسيد الكربون اثنين (تحويل جزيئين بيروفات) من ستة ذرات كربون من جزيء الجلوكوز الأصلي. يتم التقاط الإلكترونات بواسطة NAD + ، ويحمل NADH الإلكترونات إلى مسار لاحق لإنتاج ATP. في هذه المرحلة ، يتأكسد جزيء الجلوكوز الذي دخل في الأصل التنفس الخلوي تمامًا. تم نقل الطاقة الكامنة الكيميائية المخزنة داخل جزيء الجلوكوز إلى ناقلات الإلكترون أو تم استخدامها لتخليق عدد قليل من ATPs.

    دورة حمض الستريك عبارة عن سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال ونزع الكربوكسيل التي تزيل الإلكترونات عالية الطاقة وثاني أكسيد الكربون. يتم تخزين الإلكترونات مؤقتًا في جزيئات NADH و FADH2، لتوليد ATP في مسار لاحق. يتم إنتاج جزيء واحد من GTP أو ATP بواسطة الفسفرة على مستوى الركيزة في كل منعطف من الدورة. لا توجد مقارنة للمسار الدوري بالمسار الخطي.

    راجع الأسئلة

    ما الذي تمت إزالته من البيروفات أثناء تحويله إلى مجموعة أسيتيل؟


    تستخدم الكائنات الحية مثل بدائيات النوى وحقيقيات النوى آلية التنفس لتكسير الطعام الذي قد يتطلب الأكسجين البيئي. تُعرف العملية التي تستخدمها الميتوكوندريا لنقل الطاقة في الأطعمة إلى ATP باسم التنفس الخلوي. في هذه العملية ، يتحلل جزيء الطعام في الميتوكوندريا ، وقد يستهلك الأكسجين وينقل الطاقة إلى الخلايا (حيث يتم تخزينها كجزيء ATP) والبيئة (في شكل حرارة).

    هناك نوعان من التنفس الخلوي - التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي. تحتاج خلايا الحيوانات والنباتات والعديد من البكتيريا إلى الأكسجين (O2) لتسهيل نقل الطاقة أثناء التنفس الخلوي. في هذه الكائنات الحية ، يسمى نوع التنفس الخلوي باسم التنفس الهوائي. معنى كلمة الهوائية هو الهواء. من ناحية أخرى ، في حالة التنفس اللاهوائي ، لا تحتاج الكائنات الحية إلى الأكسجين (O2) للتنفس الخلوي. التخمير الكحولي ، تخمير حمض اللاكتيك وما إلى ذلك هي أمثلة على التنفس اللاهوائي.


    التنفس الخلوي

    التنفس الخلوي في وجود الأكسجين (التنفس الهوائي) هي العملية التي يتم من خلالها تقسيم الركائز العضوية الغنية بالطاقة نشبع و ماء، مع إطلاق كمية كبيرة من طاقة في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). اللاهوائية يعمل التنفس على تكسير الجلوكوز في حالة عدم وجود الأكسجين ، وينتج البيروفات ، والذي يتحول بعد ذلك إلى لاكتات أو إلى الإيثانول وشارك2. يطلق التنفس اللاهوائي كمية صغيرة فقط من الطاقة (على شكل ATP) من الجلوكوز مركب.

    يحدث التنفس على ثلاث مراحل. المرحلة الأولى هي تحلل السكر، وهي سلسلة من التفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم والتي تعمل على تحلل الجلوكوز (جزيء 6 كربون) إلى البيروفات (جزيء 3 كربون) والذي يتأكسد أيضًا إلى أسيتيل كونزيم أ (أسيتيل CoA). الأحماض الأمينية و أحماض دهنية يمكن أيضًا أن يتأكسد إلى أسيتيل CoA وكذلك الجلوكوز.

    في المرحلة الثانية ، يدخل acetyl CoA في حمض الستريك دورة (كريبس) ، حيث تتحلل لتنتج غنية بالطاقة هيدروجين الذرات التي تقلل الشكل المؤكسد من أنزيم نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD + ) إلى NADH ، وتقليل الإنزيم المساعد فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) إلى FADH2. (الاختزال هو إضافة إلكترونات إلى جزيء ، أو اكتساب ذرات الهيدروجين ، بينما الأكسدة هي فقدان الإلكترونات أو إضافة الأكسجين إلى الجزيء.) أيضًا في المرحلة الثانية من التنفس الخلوي ، كربون ذرات من المنتجات الأيضية الوسيطة في دورة كريبس تتحول إلى ثاني أكسيد الكربون.

    المرحلة الثالثة من التنفس الخلوي تحدث عند وجود الهيدروجين الغني بالطاقة ذرات تنفصل إلى بروتونات [H + ] والإلكترونات الغنية بالطاقة في إلكترون سلسلة النقل. في بداية سلسلة نقل الإلكترون ، تتم إزالة الهيدروجين الغني بالطاقة الموجود على NADH من NADH ، وينتج الإنزيم المساعد المؤكسد ، NAD + و أ بروتون (H +) واثنين من الإلكترونين (e-). يتم نقل الإلكترونات عبر سلسلة تتكون من أكثر من 15 جزيءًا مختلفًا من جزيئات الإلكترون الحاملة (المعروفة باسم سلسلة نقل الإلكترون). هؤلاء البروتينات يتم تجميعها في ثلاث كبيرة الجهاز التنفسي إنزيم معقدات ، يحتوي كل منها على بروتينات تمتد عبر الميتوكوندريا غشاء، تأمين المجمعات في الغشاء الداخلي. علاوة على ذلك ، فإن كل معقد في السلسلة له تقارب أكبر للإلكترونات من المعقد الذي سبقه. يدفع هذا التقارب المتزايد الإلكترونات إلى أسفل السلسلة حتى يتم نقلها على طول الطريق إلى النهاية حيث تلتقي بجزيء الأكسجين ، والذي له أكبر تقارب بين جميع الإلكترونات. وهكذا ينخفض ​​الأكسجين إلى H2O في وجود أيونات الهيدروجين (البروتونات) ، والتي تم الحصول عليها في الأصل من جزيئات المغذيات من خلال عملية الأكسدة.

    أثناء نقل الإلكترون ، يتم حفظ الكثير من الطاقة التي تمثلها الإلكترونات خلال عملية تسمى الفسفرة المؤكسدة. تستخدم هذه العملية طاقة الإلكترونات لتفسفر (إضافة مجموعة فوسفات) ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) ، لتشكيل الجزيء الغني بالطاقة ATP.

    الفسفرة المؤكسدة مدفوعة بالطاقة التي تطلقها الإلكترونات أثناء مرورها من هيدروجين الإنزيمات المساعدة أسفل السلسلة التنفسية في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. تستخدم هذه الطاقة لضخ البروتونات (H + ) عبر الغشاء الداخلي من المصفوفة إلى الوسط فضاء. هذا يضع ملف تركيز التدرج الذي تتدفق على طوله المواد من تركيز عالٍ إلى تركيز منخفض ، بينما تيار متزامن من OH - يتدفق عبر الغشاء في الاتجاه المعاكس. التدفق المعاكس المتزامن للإيجابي و نفي تقوم الأيونات عبر غشاء الميتوكوندريا بإنشاء تدرج بروتوني كهروكيميائي. يؤدي تدفق البروتونات إلى أسفل هذا التدرج إلى دفع إنزيم مرتبط بالغشاء ، وهو ATP synthetase ، والذي يحفز فسفرة ADP إلى ATP.

    هذه السلسلة من التفاعلات عالية الكفاءة والمحافظة على الطاقة لن تكون ممكنة في الخلايا حقيقية النواة بدون العضيات المسماة الميتوكوندريا. الميتوكوندريا هي "مراكز القوة" للخلايا حقيقية النواة ، ويحدها غشاءان ، مما يؤدي إلى إنشاء قسمين منفصلين: مساحة داخلية ومساحة ضيقة بين الغشاء. تشمل إنزيمات المصفوفة تلك التي تحفز تحويل البيروفات والأحماض الدهنية إلى أسيتيل CoA ، بالإضافة إلى إنزيمات دورة كريبس. يتم تضمين إنزيمات السلسلة التنفسية في غشاء الميتوكوندريا الداخلي ، وهو موقع الفسفرة المؤكسدة وإنتاج ATP.

    في غياب الميتوكوندريا ، حيوان ستقتصر الخلايا على تحلل السكر لاحتياجاتها من الطاقة ، والتي تطلق جزءًا صغيرًا فقط من الطاقة التي يحتمل أن تكون متاحة من الجلوكوز.

    تتطلب تفاعلات تحلل السكر إدخال جزيئين من ATP وإنتاج أربعة جزيئات ATP للحصول على ربح صافٍ لجزيئين فقط لكل جزيء جلوكوز. تتشكل جزيئات ATP هذه عندما تتم إزالة مجموعات الفوسفات من المنتجات الوسيطة الفسفورية لتحلل السكر وتحويلها إلى ADP ، وهي عملية تسمى الفسفرة على مستوى الركيزة (تخليق ATP عن طريق النقل المباشر لمجموعة فوسفات عالية الطاقة من جزيء في مسار استقلابي إلى ADP ).

    في المقابل ، تنتج الميتوكوندريا المزودة بالأكسجين حوالي 36 جزيءًا من ATP لكل جزيء من الجلوكوز المؤكسد. الخلايا النسيبية ، مثل بكتيريا، تفتقر إلى الميتوكوندريا وكذلك الأغشية النووية. تتحلل الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية عند نقلها إلى الميتوكوندريا إلى مجموعة أسيتيل ثنائي الكربون على أسيتيل CoA ، والتي تدخل بعد ذلك دورة كريبس. في الحيوانات ، يخزن الجسم الأحماض الدهنية على شكل دهون ، والجلوكوز على شكل جليكوجين من أجل ضمان إمداد ثابت من هذه الأحماض. العناصر الغذائية للتنفس.

    بينما تعد دورة كريبس جزءًا لا يتجزأ من التمارين الهوائية الأيض، إنتاج NADH و FADH 2 لا تعتمد على الأكسجين. بدلاً من ذلك ، يتم استخدام الأكسجين في نهاية سلسلة نقل الإلكترون للاندماج مع الإلكترونات التي تم إزالتها من NADH و FADH2 ومع أيونات الهيدروجين في العصارة الخلوية لإنتاج الماء.

    على الرغم من أن إنتاج الماء ضروري للحفاظ على عملية سلسلة نقل الإلكترون حركة، الطاقة المستخدمة لصنع ATP مشتق من عملية مختلفة تسمى chemiosmosis.

    إن التناضح الكيميائي هو آلية تستخدم التدرج البروتوني عبر الغشاء لتوليد ATP ويبدأ من خلال نشاط سلسلة نقل الإلكترون. يمثل التناضح الكيميائي رابطًا بين العمليات الكيميائية والتناضحية في الميتوكوندريا التي تحدث أثناء التنفس.

    تُطلق الإلكترونات التي يتم نقلها عبر السلسلة التنفسية على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا طاقة تُستخدم في ضخ البروتونات (H + ) عبر الغشاء الداخلي من مصفوفة الميتوكوندريا إلى الفضاء بين الغشاء. ينتج عن التدرج الناتج من البروتونات عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا تدفقًا عكسيًا للبروتونات عبر الغشاء. هذا التدفق للإلكترونات عبر الغشاء ، مثل شلال يستخدم لتشغيل الكهرباء عنفة، يقود إنزيم مرتبط بالغشاء ، تخليق ATP. يحفز هذا الإنزيم فسفرة ADP إلى ATP ، والذي يكمل جزءًا من التنفس الخلوي يسمى الفسفرة المؤكسدة. تقوم البروتونات بدورها بتحييد الشحنات السالبة الناتجة عن إضافة الإلكترونات إلى جزيئات الأكسجين ، مما ينتج عنه إنتاج الماء.

    ينتج التنفس الخلوي ثلاثة جزيئات من ATP لكل زوج من الإلكترونات في NADH ، بينما ينتج زوج الإلكترونات في FADH2 توليد جزيئين من ATP. هذا يعني أنه يتم تكوين 12 جزيء من ATP لكل جزيء أسيتيل CoA يدخل في دورة كريبس وبما أن جزيئين أسيتيل CoA يتكونان من كل جزيء من الجلوكوز ، يتم إنتاج إجمالي 24 جزيء من ATP من كل جزيء من هذا السكر. عند إضافتها إلى الطاقة المحفوظة من التفاعلات التي تحدث قبل تكوين أسيتيل CoA ، فإن الأكسدة الكاملة لجزيء الجلوكوز تعطي صافي عائد يبلغ حوالي 36 جزيء ATP. عندما يتم حرق الدهون ، بدلاً من الجلوكوز ، فإن إجمالي الناتج من جزيء واحد من البالميتات ، وهو دهني 16 كربونًا ، هو 129 ATP.


    ماذا يحدث أثناء التنفس الخلوي؟

    أثناء التنفس الخلوي ، يتحلل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. تطلق هذه العملية مخزونًا من الطاقة ، أو ATP ، يمكن للخلايا استخدامه لتلبية احتياجاتها.

    التنفس الخلوي هو عملية يقوم من خلالها الجلوكوز أو السكر بأكسدة ثاني أكسيد الكربون والماء ، وإطلاق الطاقة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). تحدث العملية جزئيًا في السيتوبلازم ، وهو المادة الموجودة داخل الخلية الحية ، وجزئيًا في الميتوكوندريا ، وهي عضية موجودة في معظم الخلايا.

    يبدأ التنفس الخلوي في السيتوبلازم بجزيء جلوكوز واحد ينقسم إلى جزيئين من حمض البيروفيك ، وهو حمض عضوي يحدث أثناء العديد من عمليات التمثيل الغذائي. ينتقل حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا حيث يتم تحويله إلى أنزيم أسيتيل أ (أسيتيل CoA) ، وهو جزيء كيميائي حيوي مهم يمكن تكسيره أكثر.

    أثناء دورة حامض الستريك ، يؤدي وجود الأكسجين إلى إزالة جزيئات الهيدروجين من الأسيتيل CoA مرتين في المرة الواحدة حتى لا يتبقى منها أي شيء. كل ما تبقى من الجلوكوز هو ثاني أكسيد الكربون ، وهو نفايات وماء. تنتج دورة حمض الستريك الكثير من نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADH) ، والذي يحمل الإلكترونات من جزيئات الهيدروجين عبر سلسلة نقل الإلكترون ، مما يؤدي إلى إنتاج ATP.


    شاهد الفيديو: التنفس اللاهوائي (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Luzige

    أهنئ ، فكرتك ببساطة ممتازة

  2. Amarri

    نعم ، قلت صحيح

  3. Maunfeld

    شيء ما لا يعمل هكذا

  4. Avenelle

    لو كنت أنت ، لن أفعل ذلك.

  5. Menris

    السدود في معظم الحالات هو!

  6. Hilario

    لا يمكنني المشاركة الآن في المناقشة - إنه مشغول للغاية. لكنني سأكتب بالضرورة بالضرورة على ما أعتقد.



اكتب رسالة