ما هو التنفس الخلوي مراحله وأنواعه وأهميته

ومن الجدير بالذكر هنا أن عملية التنفس الخلوي تتم في الجسم بوجود الأكسجين أو غيابه، وعلى هذا الأساس يتم تقسيم أنواع التنفس الخلوي إلى نوعين وهما كالأتي:

• التنفس الخلوي الهوائي (بالإنجليزية: Aerobic Respiration): إن التنفس الهوائي هو العملية التي تستخدم من خلالها الكائنات الحية الأكسجين لتحويل الوقود، مثل الدهون والسكريات، إلى طاقة كيميائية، كما ويعتبر التنفس الهوائي أكثر كفاءة وينتج أدينوسين ثلاثي الفوسفات أسرع بكثير من التنفس اللاهوائي.
• التنفس الخلوي اللاهوائي (بالإنجليزية: Anaerobic respiration): وهو التنفس الخلوي الذي تلجأ إليه الكائنات الحية وخلاياها عند نقص أو انعدام الأكسجين، حيث تكون نهاية سلسلة تفاعلات تحلل سكر الجلوكوز وتحول حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك، بدلا من دخول البيروفيك إلى دورة كريبس لينتهي إلى إنتاج طاقة وماء وثاني أكسيد الكربون.

مراحل التنفس الخلوي

تمر عملية النفس الخلوي لدى الكائنات الحية بمراحل متتالية، تكمل بعضها البعض لتؤدي وظيفتها الأساساية الحيوية في الجسم، وهنا ننتقل الى الترتيب المنظم للمراحل لنصل الى آخرها، جاءت كما في هذا النحو:

تحلل السكر (بالإنجليزية: Glycolysis):

وهي المرحلة الأولى من التنفس الخلوي، وتحدث في العصارة الخلوية من السيتوبلازم، وتقسم إلى مرحلتين وهما:

• تقسيم الجلوكوز: حيث تقسم الإنزيمات جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات وهو المعروف أيضاً باسم حمض البيروفيك، ويحدث هذا في عدة خطوات.
• نتائج تحلل السكر: وهي الطاقة مطلوبة في بداية التحلل السكري لتقسيم جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات، حيث ينتقل هذان الجزيئان إلى المرحلة الثانية من التنفس الخلوي، ويتم توفير الطاقة لتقسيم الجلوكوز بواسطة جزيئين من أدينوسين ثلاثي الفوسفات، ومع تقدم عملية تحلل السكر، يتم إطلاق الطاقة، وتستخدم الطاقة في تكوين أربعة جزيئات من أدينوسين ثلاثي الفوسفات.

دورة حمض الستريك

تحدث في الخلايا حقيقية النواة، يتم نقل جزيئات البيروفات التي يتم إنتاجها في نهاية تحلل السكر إلى الميتوكوندريا، وهي مواقع للتنفس الخلوي، وإذا كان الأكسجين متاحاً، فسوف يحدث التنفس الهوائي، في الميتوكوندريا، حيث سيتحول البيروفات إلى مجموعة أسيتيل ثنائية الكربون وذلك عن طريق إزالة جزيء من ثاني أكسيد الكربون، والتي سيتم التقاطها بواسطة مركب ناقل.

تبدأ دورة كريبس بعد تفاعلات تحلل السكر الذي ينتج جزيئين من البيروفات، وبعدما تدخل هذه الجزيئات في مصفوفة ميتوكوندريا، وتبدأ دورة كريبس فعلياً عندما يتحد أسيتيل مع جزيء رباعي الكربون، وينتج عن هذا حمض الستريك، الذي يحتوي على ست ذرات كربون، وهذا هو السبب في أن دورة كريبس تسمى أيضاً دورة حمض الستريك، وبعد تكوين حامض الستريك، سيمر بسلسلة من التفاعلات التي تطلق الطاقة، ويتم التقاط الطاقة في جزيئات.

ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أيضاً كمنتج نفايات لهذه التفاعلات، والخطوة الأخيرة من دورة كريبس، هي تجدد الجزيء الذي بدأ دورة كريبس، هذا الجزيء ضروري للدورة التالية، وهناك حاجة لدورتين لأن تحلل السكر ينتج جزيئين من حمض البيروفيك عندما ينشطر الجلوكوز، وبعد الدورة الثانية خلال دورة كريبس، يتم تكسير جزيء الجلوكوز الأصلي تماماً، ويتم دمج جميع ذرات الكربون الست مع الأكسجين لتشكيل ثاني أكسيد الكربون، حيث تخزين الطاقة من روابطها الكيميائية في ما مجموعه 16 جزيء حامل للطاقة.

الفسفرة التأكسدية

أما مرحلة الفسفرة التأكسدية فتعد هي المرحلة الأخيرة من مراحل التنفس الخلوي الهوائي، وهناك نوعان من المراحل الفرعية للفسفرة المؤكسدة وهي: