التنفس الخلوي

يتفاعل الأكسجين مع المركبين (NADH2) و (FADH2) (الموجودان أعلاه) حيث يلعب الأكسجين دور المستقبل للاكترونات بأحد أنواع التفاعلات الكيميائية تسمى سلسلة نقل الإلكترون ، و بطريقة سلسلة نقل الالكترون يتكون معظم أدينوسين ثلاثي الفوسفات في الهوائيات خلال هذا التفاعل بالتنفس الهوائي ، كما ذكرنا .. الطاقة اللازمة لهذه التفاعلات توفرها عملية أكسدة البايروفات حيث تنتج طاقة كامنة تدفع البروتونات للحركة عبر الغشاء الخلوي ، الجدير بالذكر أن أكسدة جلوكوز واحد فقط نظرياً و أركز على كلمة نظرياً كفيل بانتاج 38 جزيء من أدينوسين ثلاثي الفوسفات ( 2 من تحلل الجلوكوز (علماً أن الجلوكوز هو أحد أنواع السكر) ، 2 من دورة كريبس ، 34 من عملية سلسلة نقل الالكترون ) ، أما عملياً فانه ينتج حوالي 29 إلى 30 مركب أدينوسين ثلاثي الفوسفات و ذلك بسبب نفاذية الغشاء الخلوي ، حيث يحدث أن ترشح بعض مركبات البايروفات أدينوسين ثنائي الفوسفات مما يقلل من كفاءة انتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات .

الطاقة الهوائية تعد ذات كفاءة أكبر بـ19 ضعفاً من الطاقة اللاهوائية (ينتج فقط 2 أديونسين ثلاثي الفوسفات لكل جزيء جلوكوز) ، يبدأ التنفس الهوائي و اللاهوائي بنفس الأسلوب حيث ينتج كلاً منهما جزيئا أدينوسين ثلاثي الفوسفات عن طريق تحلل السكر (الجلوكوز) ، الا أن التنفس اللاهوائي يتوقف عند هذا الحد بسبب افتقاره للأكسجين و النقاط التالية تبين الخطوات الثلاث لانتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات .

تحلل السكر (تحلل الجلوكوز) : هو تفاعل أيضي يحدث في السيتوبلازم للكائنات الحية اللاهوائية و تحدث أيضاً في السيتوبلازم في الكائنات الحية الهوائية في حال عدم وصول الأكسجين ، عملية تحلل السكر ينتج عنها جزيئان من البايروفات لكنها تستنفد جزيئان من أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، لذلك تظهر أهمية تحلل السكر في انتاج البايروفات اللازمة لبقية عملية التنفس الهوائي ، ان عملية الفسفتة (اضافة فوسفور لأدينوسين ثنائي الفوسفات) يلزمها أيضاً تحلل الجلوكوز( هو أحد أنواع السكر) ، و عند تحلل الجلوكوز تبدأ معادلة مهمة تدخل في عملية تكوين البايروفات و الأكسجين لأدينووسين ثلاثي الفوسفات ، تتحد 4 مجموعات من الفوسفور مع 4 مركبات من ADP التكوين 4 ATP (و هي عملية الفسفتة اللاتأكسدية) .
المعادلة التالية توضح كيفية تحلل السكر مكونةً بذلك 4 أدينوسين ثلاثي الفوسفات (هناك خطأ بسيط في المعادلة حيث يوجد 4 فوسفور و 4 ADP و 4 ATP )

أكسدة مجموعة الكربوسكيل من البايروفات : تتأكسد البايروفات لتنتج التميم الأنزيمي A و ثاني أكسيد الكربون ، تتم عملية الأكسدة هذه بواسطة نازعة هيدروجين البايروفات (و هي مجموعة من الأنزيمات توجد في الميتوكندريا للخلايا حقيقية النواة أو في العصارة الخلوية للكائنات الحية أحادية الخلية) ، خلال عملية الأكسدة ينتج أيضاً جزيء NADH (مختصر ثنائي نوكليوتيد النيكوتين و الأدنين المختزل) بالاضافة إلى مركبين من أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، يطلق على هذه الخطوة أحياناً "حلقة الوصل" لأنها تصل بين تحلل السكر و دورة كريبس (دورة حمض السيتريك).
دورة كريبس (دورة كريبس) : هنا تحدث عمليتان مختلفتان في حال تواجد الأكسجين أو عدم تواجده (للكائنات الحية الهوائية فقط) ، اذا لم يتوفر الأكسجين تحدث عملية تخمر البايروفات (أي لا تتأكسد لعدم توفر الأكسجين) ، أما اذا توفر الأكسجين فتحدث عمليات عديدة في الميتوكندريا ، في وجود الأكسجين ينتج التميم الأنزيمي A بعد تأكسد البايروفات كما ذكرنا في الخطوة السابقة ، يدخل هذا المركب خطوة دورة كريبس ، عند دخول التميم الأنزيمي A فانه يحفز تفاعل الهيدروجين (الذي تكون في عملية تحلل السكر) مع NAD لانتاج NADH و تحويل FAD إلى FADH ، المركب الأخير يدخل عملية تسمى سلسلة نقل الإلكترون التي تستعمل لانتاج ATP خلال عملية أكسدة الفوسفور التي ستذكر لاحقاً ، ينتج عن دورة كريبس أيضاً اثنان من التميم الأنزيمي A ، كما تنتج عنه بعض الفضلات تطلق خارجاً عن طريق الزفير أهمها ثاني أكسيد الكربون ، اما أنواع الطاقة الناتجة عن دورة كريبس فهي على ثلاثة أشكال : ATP 2 ، FADH 2 ، NADH 6 (مباشرة) .
فسفتة تأكسدية (فسفتة تأكسدية) : تحدث عملية الفسفتة الأكسدية في الكائنات الحية أحادية الخلية في أعراف المتقدرات (أعراف الميتوكندريا) ، بينما تحدث على غشاء خلية الكائنات عديدة خلية ، تتضمن عملية الفسفتة الأكسدية عملية سلسلة نقل الالكترون من خلال مرورها عبر غشاء الداخلي مرات عديدة ، يتحرك أدينوسين ثنائي الفوسفات خروجاً و دخولاً غشاء الخلية عدة مرات حتى يتأكسد ، عملية الأكسدة هذه تساعد تحول أدينوسين ثنائي الفوسفات إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات كما قلنا سابقاً .. ، و يتكون أيضاً بروتونين ( 2 هيدروجين) و ماء خلال هذه العملية

محصول الطاقة الناتجة
الجدول الموجود أدناه يمثل الطاقة النظرية (و ليس العملية) الناتجة عن تحلل جلوكوز واحد