נשימה תאית

1. נשימה תאית נשימה אנאירובית נשימה אירובית

2. נשימה אנאירובית • התהליךמתבצע בציטופלסמה. • בשלב הראשון מתרחשת גליקוליזה. • בשלב השני מתרחשים תהליכי תסיסה.

3. c-c-c-c-c-c גלוקוז ATP ATP 2ATP 2ATP גליקוליזה c-c-c-c-c-c P ADP P c-c-c-c-c-c P ADP P P c-c-c c-c-c NAD NAD NADH NADH 2ADP 2ADP c-c-c c-c-c חומצה פירובית חומצה פירובית

4. סיכום הגליקוליזה

5. סיכום הגליקוליזה • השלבים הראשונים של פירוק הגלוקוז, מתרחשים בציטופלסמה של התא. • שורה של אנזימים גורמתלפירוק הגלוקוז לשתי מולקולות של חומר הנקרא חומצה פירובית.

6. סיכום הגליקוליזה • שלבים אלו מלווים בשני שינויים חשובים: א. תוךהפיכת מולקולת גלוקוז לשתי מולקולות של חומצה פירובית משתחררת אנרגיה המנוצלת לזרחון (תוספת של פוספאט) ADP ויצירת ATP. ב. הפיכת 2 מולקולות NAD+ ל-2 מולקולות NADH2.

7. נשאי מימנים בתהליך הנשימה התאית נוכל לראות שבשתי מולקולות של חומצה פירובית יש בסך הכול הרכב האטומים הבא: 2C3H4O3. אם נשווה זאת להרכב האטומים במולקולת גלוקוז, שהוא C6H12O6, נגלה שחסרים ארבעה אטומי מימן. במלים אחרות, כדי להפוך מולקולת גלוקוז לשתי מולקולות של חומצה פירובית יש להרחיק ארבעה אטומי מימן. אטומים אלו נקלטים על ידי חומר המשתתף בתהליך,( ראשי התיבות של שמו (לא הנוסחה הכימית) הם + NAD, והוא טעון מטען חשמלי חיובי. +NAD הוא חומר הנוצר בגופנו מן הוויטמין ניאצין, שהוא אחד הוויטמינים מקבוצת B, המתקבלים במזון ממקורות שונים. הוויטמין נמצא בגוף בכמויות קטנות, אי אפשר לאגור אותו בתאים בריכוז גבוה, משום שהוא מסיס במים וצריכה עודפת מופרשת בשתן. מולקולת +NADמסוגלת לקשור שני אטומי מימן וליצור את ההרכבNADH2. כדי לקשור ארבעה אטומי מימן נזדקק ל- NAD+2ונקבל 2NADH2

8. בנשימה אנאירובית: מולקולות גלוקוז מתפרקות בגליקוליזה לשתי מולקולותשל חומצה פירובית תוך בניית 2מולקולות ATP ו-2 מולקולות NADH2.

9. גורל החומצה הפירובית כשאין חמצן: בתאי שמרים, חיידקים אנארובים- תסיסה כהלית (ללא חמצן – אנארובי). CH­3-CO-COOH -------> CH3-CH2OH + CO2 פחמן דו-חמצני כהל (אתנול) חומצה פירובית 3. חיידקי חלב, צמחים, בע"ח - תסיסת חומצת חלב (ללא חמצן - אנארובי). CH3-CO-COOH ---------> CH3-CHOH-COOH חומצת חלב חומצה פירובית 2 3 1

10. ככל שנוצר יותר כוהל המשקה יותר חזק! הפד"ח מתפיח את הבצק תעשיית משקאות אלכוהוליים תעשיית המאפים תסיסה כהלית

11. תסיסת חומצת חלב מוצרי חלב החמצת ושימור ירקות

12. תרשים של תסיסה, המראה כיצד משמשת התסיסה למחזור NAD.

13. גלוקוזC6H12O6 חמצן6O2 פחמן דו חמצני 6CO2 30ADP+30Pi מים6H2O אנזימים 30ATP + נשימה אירובית חום + + +

14. נשימה אירובית • מתבצעת בשני שלבים: • שלב אנאירובי – גליקוליזה - בציטופלסמה • שלב אירובי - במיטוכונדריה

15. תהליך הפקת האנרגיה מחמצון החומצה הפירובית (שהתקבלה בגליקוליזה) נעשה בשלושה שלבים עיקריים: נשימה אירובית

16. שלב א' – בניית אצטיל קואנזים A • החומצה הפירובית שנוצרת בשלב הגליקוליזה עוברת מן הציטופלסמה אל תוך המיטוכנדריון. • בתמיסה המימית של המיטוכונדריון, שנקראת מטריקס

17. חומצה פירובית c-c-c CO2 c-c CoA NAD NADH c-c אצטיל קואנזים A(אצטיל CoA) ייצור אצטיל קואנזים A במיטוכונדריון

18. שלב א' – בניית אצטיל קואנזים A • החומצה הפירובית מתפרקת למולקולה דו-פחמתית. • המולקולה הדו-פחמתית מתקשרת לחומר שנקרא קואנזים A (CoA) • כתוצאה מההתקשרות נוצרת התרכובת אצטיל קואנזים A • אטום הפחמן (של החומצה הפירובית) שאינו משתתף ביצירת המולקולה של אצטיל קואנזים A משתחרר כמולקולת CO2 • במהלך יצרת אצטיל קואנזים A מועברים אטומי מימן לנשא מימנים ( NAD) ומתקבל נשא מימנים (NADH )

19. C C C C C חומצת לימון C ATP שלב ב' – מעגל חומצת הלימון • האצטיל קואנזים A עובר במטריקס של המיטוכנדריון סדרת תהליכים מעגלית, הנקראת מעגל חומצת הלימון או מעגל קרבס. אצטיל CoA CoA c-c NADH C C C C NAD FADH2 C C C C C C C C C FAD NAD NADH CO2 ADP CO2 NADH NAD

20. שלב ב' – מעגל חומצת הלימון • במהלך מחזור אחד של המעגל מתקבלים: • 2 מולקולות CO2 • 3 מולקולות NADH2 • 1 מולקולה FADH2 • 1 מולקולה של ATP • רק מעט אנרגיה שמשתחררת משמשת באופן ישיר לבניית ATP • מחצית מהאנרגיה שמשתחררת נפלטת בצורת חום. נשאי מימנים

21. שלב ג' – זרחון חמצוני • רוב מולקולת ה – ATP נוצרות בשלב הזרחון החמצוני.

22. שלב ג' – זרחון חמצוני • בשלב הזה מתרחשת סדרה של תהליכי חמצון-חיזור (מסירה וקבלה של אלקטרונים), ובהם משתחררת אנרגיה רבה המשמשת לבניית ATP מ – ADP ומזרחה. • מאחר שהתהליך הוא זרחון של ADP (תוספת זרחן) תוך כדי חמצון של נשאי מימנים מחוזרים נקרא התהליך זרחון חמצוני

23. שלב ג' – זרחון חמצוני • בתהליך הזרחון החמצוני, נשאי מימנים מחוזרים, שהתקבלו בשלב הקודמים של הנשימה התאית, מהווים מקור של אלקטרונים. • האלקטרונים עוברים מנשא אלקטרונים אחד לנשא אחר, בסדרה של תהליכי חמצון-חיזור, בשרשרת העברת אלקטרונים. • המולקולות של שרשרת העברת האלקטרונים מאורגנות בקרום הפנימי של המיטוכונדריון.

24. שלב ג' – זרחון חמצוני • ברצף שבו כל נשא הוא מחמצן (מקבל אלקטרונים) חזק יותר מקודמו. • מקבל האלקטרונים האחרון בשרשרת מעבר האלקטרונים הוא חמצן מולקולרי O2, שהוא מחמצן חזק יותר מכל הנשאים הקודמים. • החמצן קושר את האלקטרונים וכן את יוני המימן שנמצאים במטריקס, ונוצרות מולקולות של מים.

25. שלב ג' – זרחון חמצוני • בקרום הפנימי של המיטוכונדריון נמצאים גם אנזימים שמזרזים יצירת ATP מ ADP ומזרחה. • התהליך דורש אנרגיה ומקורה הוא מפל ריכוז יוני המימן משני צדי הקרום. • יוני המימן שנמצאים ב"עודף" בצד החיצוני של הקרום חוזרים לתוך המטריקס דרך תעלות מיוחדות. • התעלות האלה מוצמדות לאנזימים שמזרזים את יצירת ה – ATP. • כאשר יוני המימן עוברים דרך התעלות, נוצר ATP בזירוזם של האנזימים האלה.

26. האנרגיה שמופקת בנשימה התאית האווירנית • הרווח האנרגטי מחמצון מולקולה אחת של גלוקוז בנשימה התאית האווירנית, הוא 30-32 מולקולות ATP • מולקולות ה – ATP נוצרות ב – 3 שלבים של התהליך: • 2 מולקולות ATP נוצרות בתהליך הגליקוליזה. • 2 מולקולות ATP נוצרות במעגל חומצת הלימון. • 28-26 מולקולות ATP נוצרות בשלב הזרחון החמצוני.

27. האנרגיה שמופקת בנשימה התאית האווירנית • בנשימה התאית האווירנית, רק כמחצית מן האנרגיה שמשתחררת מחמצון הגלוקוז מנוצלת להרכבת מולקולות ATP. • כמחצית מן האנרגיה נפלטת כאנרגיית חום. • אנרגיית החום נפלטת בהדרגתיות, באופן מבוקר, במהלך השלבים של תהליך הנשימה התאית. • שחרור של החום בבת אחת כפי שקורה בשריפה של חומר אורגני היה גורם עלייה גדול בטמפרטורה ונזק לתאים. • אנרגית החום אינה ניתנת לשימוש חוזר לפעילות בתאים, ולכן היא בבחינת "איבוד" של אנרגיה זמינה. • אם זאת אנרגיה זו מסייעת לבעלי חיים לשמור על טמפרטורת גופם.

28. גליקוליזה גלוקוז חומר מוצא: אין מעורבות חמצן: ציטופלסמה מיקום: חומצה פירובית תוצר: 2 מולק' ATP רווח אנרגטי: תסיסה נשימה תאית אווירנית חומצה פירובית חומצה פירובית חומר מוצא: אין יש מעורבות חמצן: ציטופלסמה מיטוכנדריון מיקום: מגוון תרכובות, לדוגמא: חומצת חלב, כוהל + CO2וH2O תרכובות אנאורגניות: CO2ו – H2O תוצרים: אין 28 מולק'ATP רווח אנרגטי: הפקת אנרגיה ממולקולה אחת של גלוקוז בתנאים אל - אווירניים בתנאים אווירניים