Cellular Respiration UPDATED

تم تشغيل الترجمة! انقر على CC لإيقافها. هل أنت شخص صباحي؟ واحد منا شخص صباحي والآخر لا بكل تأكيد. والسبب الرئيسي وراء ذلك هو أنني عندما أستيقظ في الصباح، فإن استرجاع طاقتي يستغرق بعض الوقت. الأمر يتطلب الكثير من الوقت -- والقهوة -- ليحدث ذلك. إن الخلايا لا تملك هذه الرفاهية. فهم مشغولون بأداء العمليات الخلوية في كل الأوقات: النقل النشط أو الفعال للعديد من المواد الضرورية لبقائهم، على سبيل المثال وعملة الطاقة التي تحتاج إليها الخلية على وجه التحديد هي الـATP. الـ هو إختصار لـأدنوسين ثلاثي فوسفات. وهو نوع من الحمض النووي وهو يحوي ثلاثة ذرات فوسفات. لدينا فيديو كامل عن الـATP وكيفية عمله كعملة طاقة. إذاً، ماذا أقصد بكل هذا؟ حسنًا، يجب أن تقوم الخلايا بصنع الـATP. لا يهم أي نوع من الخلايا أنت ـ بدائية أو حقيقية النوى عليك صنع الـ(ATP). ومع ذلك، يمكن أن تختلف عملية صنع الـ (ATP) وفقًا لنوع الخلية وتسمى إحدى الطرق التنفس الخلوي الهوائي. يمكن للعديد من الكائنات الحية القيام بالتنفس الخلوي الهوائي، ولكن هذا الفيديو هو على وجه التحديد سيشرح فيه التنفس الخلوي الهوائي في الخلايا حقيقية النواة. وهذا يعني أن هذا الفيديو يتحدث عن العملية داخل الخلايا التي تحتوي على العضيات الغشائية مثل النواة والميتوكوندريا. تتضمن الخلايا حقيقية النواة الخلايا التي تعثر عليها في الطليعيات والفطريات والحيوانات والنباتات. إن الميتوكوندريا ـ التي يمكن العثور عليها في أغلب الخلايا حقيقية النوى ـ سوف تكون جزئاً مهماً في التنفس الخلوي الهوائي، لأن جزئاً من العملية يحدث في المايتوكوندريا فلنبدأ. تذكر الهدف الرئيسي لأي كائن حي يؤدي هذه العملية هو لصنع الـ(ATP). حسنًا، فيما يلي نظرة عامة إلى معادلة التنفس الخلوي الهوائي. تذكر أن المواد المتفاعلة (المدخلات) موجودة على الجانب الأيسر من السهم. وتكون المنتجات (النواتج) على الجانب الأيمن من السهم. بالمناسبة، تبدو هذه المعادلة مشابهة بشكل ملحوظ لعملية البناء الضوئي. انظر كيف أن المواد المتفاعلة و الناتجة على جوانب مختلفة. ورغم أن هذا لا يعني أنهن متعاكسين ببساطة، فإنه يظهر أن لديهما مواد مشتركة في عملية البناء الضوئي، تصنع الكائنات الحية الكلوكوز. لاحظ كيف يكون الجلوكوز ناتجاً. ولكن في التنفس الخلوي، تقوم الكائنات الحية بهدم الكلوكوز لصنع الـ(ATP) للمعلومة هل تعلم انه عندما تنبت بذرة من ذوات الفلقتين لأول مرة في الأرض هي لا تزال غير قادرة على القيام بعملية البناء الضوئي بعد؟ تعتمد البذرة النامية على الكلوكوز الذي خزنته و تقوم بعملية التنفس الخلوي لهدم الكلوكوز لصنع ATP حتى تتمكن من النمو. بالطبع، بمجرد أن تبدأ في النضوج وتنبت أوراق، فعندها تصبح قادرة على القيام بعملية البناء الضوئي. ستكون قادرةً على القيام بعملية البناء الضوئي والتنفس الخلوي. تقوم النباتات ببناء الكلوكوز في عملية البناء الضوئي و هدمه في التنفس الخلوي: وبوسعها القيام بالعمليتين. ولكن ان كنت لا تستطيع القيام بعملية البناء الضوئي، مثل الإنسان أو الأميبا، فعليك أن تجد مصدر للغذاء للحصول على الكلوكوز. أنت بحاجة إلى الكلوكوز لبدء هذه العملية، وسنفترض أننا نبدأ مع جزيء كلوكوز واحد. الخطوة رقم 1: التحلل السكري( تحلل الكلوكوز). تحدث هذه العملية في السيتوبلازم، ولا تتطلب هذه الخطوة الأوكسجين. تعتبر لاهوائية. في التحلل السكري، يتم تحويل الكلوكوز، السكر من المعادلة، إلى صيغة أكثر قابلية للاستخدام وتسمى الصيغة الحامض البايروفي( pyruvate). عادة ما يتطلب التحلل السكري بعض الـِATP للبدء يبلغ صافي المردود من هذه الخطوة حوالي اثنين من الحامض البايروفي وجزيئين من جزيئات ATP. و اثنين NADH. ما هو NADH؟ الـNADH هو إنزيم مساعد ولديه القدرة على نقل الإلكترونات، والتي ستكون مفيدة جدا في صنع المزيد من الـ(ATP) في وقت لاحق سوف نصل إلى ذلك في دقيقة والآن، تحدث خطوة متوسطة. ويتم نقل جزيئني الحامض البايروفي عن طريق النقل النشط إلى الميتوكوندريا، وتحديداً الى القالب (السطح الداخلي للمايتوندريا). وفي الميتوكوندريا، يتأكسد الحامض البايروفي. يتم تحويل جزيئتي الحامض البايروفي إلى جزيئتي أسيتيل كو-A والذي سيتم استخدامه في الخطوة التالية. يتم تحرير ثاني أوكسيد الكاربون، كما يتم إنتاج اثنين NADH. الخطوة #2 دورة كريبس -- وتسمى أيضا دورة حمض الستريك. لا نزال في قالب(السطح الداخلي) المايتوكوندريا تعتبر دورة حمض الستريك عملية هوائية. ورغم أن الدورة لا تستهلك الأوكسجين بشكل مباشر، فإن بعض الأحداث في الدورة تحتاج الى الأوكسجين للمتابعة. لمعرفة المزيد عن هذه الدورة المعقدة حيث سيدخل جزيئتي الاسيتل كو-A تفقد اقتراحات القرأة الموسعة في وصف الفيديو. يتم تحرير ثاني أوكسيد الكاربون. كما ننتج 2 ATP و6 NADH و2 FADH2. كذلك FADH2 هو لآخر إنزيم مساعد مثل NADH، سيساعد ايضا في نقل الإلكترونات صنع المزيد من الـATP. الخطوة رقم 3 سلسلة نقل الإلكترونات و التناضح الكيميائي. هذا شيء جميل حقا. في الخلايا حقيقية النوى، لا نزال في الميتوكوندريا، وبشكل أكثر تحديدا في القالب( غشاء الميتوكوندريا الداخلي). نحن بحاجة إلى الأوكسجين لهذه الخطوة الهوائية. وهذه عملية معقدة للغاية، ونحن نعمل على تبسيطها إلى حد كبير من خلال قول أن الإلكترونات يتم نقلها من NADH وFADH2 إلى البروتينات المركبة وحاملات الإلكترونات. تُستخدم الإلكترونات لتوليد تدرج بروتوني عند ضخ البروتونات عبر المساحة بين الأغشية. كل هذه البروتونات التي يتم ضخها في هذه المساحة بين الأغشية تولد تدرج كيميائي وكهربائي. اذا كنت تذكر من فيديو النقل الخلوي، فالأيونات (مثل H+ ) لا تنتقل بسهولة عبر الأغشية مباشرة من دون شيء ما لتنتقل عبره. يمكن أن تنتقل البروتونات عبر إنزيم مذهل يسمى ان سينثاز لأدينوسين ثلاثي الفوسفات. إذا كان من الممكن أن أكون أي إنزيم، فسأكون انزيم سينثاز لأدينوسين ثلاثي الفوسفات، لأنه يمتلك القدرة على صنع (ATP) بواسطة إضافة ذرة فوسفات إلى ADP. الـADP هو مقدمة أو سلف للـATP يحتوي الـADP على ذرتي فوسفات ولكن إذا حصل على ذرة فوسفات ثالثة، فإنه يصبح ATP. لذا، في التناضح الكيميائي تنتقل البروتونات إلى أسفل التدرج الكهروكيميائي خلال جزء من ATP سينثاز، و تمده بالطاقة لصنع الـATP الهدف النهائي. الأكسجين هو المستقبِل النهائي للإلكترونات. عندما يجتمع الأكسجين مع ذرتي هيدروجين، تحصل على H20 - الماء. إذا تذكّرت من معادلتنا، فالماء هو من النواتج. الآن، تقوم سلسلة نقل الإلكترونات و التناضح الكيميائي بصنع ATP اكثر بكثير مقارنة بـ بالخطوتين سابقتين كم العدد؟ لاحظت في سنوات عملي في التدريس وفي مجموعة متنوعة من الكتب المدرسية التي قمت بجمعها على مر السنين، توجد بعض الأرقام المختلفة في مخططات التنفس الخلوي. في الواقع، يمكنك حتى رؤيتها تتغير قليلاً في إصدارات مختلفة من نفس الكتاب. ولقد جعلني أريد أن أؤكد على أهمية عدم حفظ رقم ما فحسب، لأنه نطاق اكثر من كونه رقم أريد التركيز بشكل أقل على عدد ATP الذي يتم صنعه لكل جزيء كلوكوز لأنه يعتمد على الكثير من المتغيرات. أحد المتغيرات هو التدرج الذي كنا نتحدث عنه: كم عدد البروتونات التي تم ضخها عبر غشاء المايتوكندريا. يمكنك رؤية المزيد من المتغيرات التي تمت مناقشتها في المراجع الوقائعية، وفي تلك المراجع تتراوح التقديرات من 26 إلى 34 جزيئات ATP لكل جزيء كلوكوز في سلسلة نقل الالكترونات و التناضح الكيميائي فقط ثم إذا قمت بإضافة الخطوتين الأُخرتين -دورة حمض الستريك و التحلل السكري, فيمكن أن تقدر أي مدى اجمالي بين 30 -38 جزيئة ATP لكل جزيء من الكلوكوز. مرة أخرى للتأكيد على كونة مدى. والآن، كانت هذه مجرد طريقة واحدة لتكوين الـATP ولكن كما قلنا في البداية، يتعين على كل الخلايا أن تقوم بتكوين الـ(ATP)، ولكن بالطريقة التي يتم بها ذلك يمكن ان تختلف إذا لم يتوفر الأكسجين، فلدى بعض الخلايا القدرة على إجراء عملية تعرف بالتخمير. فهي ليست بكفائة التنفس الخلوي الهوائي ولكنها لا تزال قادرة على تكوين (ATP) عندما لا يكون هناك أوكسجين. لدينا فيديو حول ذلك! ولا يمكننا أن نؤكد بما فيه الكفاية على أهمية عملية صنع (ATP) بالنسبة للخلايا. على سبيل المثال، بإمكان السيانيد - الموجود في بعض سموم الجرذان - ايقاف احدى الخطوات في سلسلة نقل الالكترونات التي ستمنع إنتاج ATP. سم يمنع الـATP من أن يُنتج قد يكون مميتاً ومع الدور المهم الذي تلعبه الميتوكوندريا في إنتاج ATP، فهناك أيضاً طلب لزيادة البحث عن أمراض الميتوكوندريا. ونحن على ثقة من أن فهم كيفية علاج هذه الأمراض سوف يستمر بالتحسن مع زيادة عدد الأشخاص الذين هم، مثلك، يطرحون الأسئلة. "حسناً، كان هذا كل شيئ بالنسبة لأخوات الاميبا ونذكركم بأن تبقو فضوليين. ترجمة عباس جواد