يحدث التنفس الخلوي داخل الفجوات

يحدث التنفس الخلوي داخل الفجوات، التنفس الداخلي أو التنفس الخلوي هي مجموعة من التفاعلات الأيضية (الأيض) تحدث في الخلايا الحية لتحويل الطاقة الكيميائية الحيوية (وهي تفاعلات تستعمل الطاقة لتبسيط جزيئات معينة معقدة) تتفاعل مع الأكسجين لإنتاج الطاقة

تحدث عملية التنفس الداخلي للخلايا الحيوانية والخلايا النباتية أيضاً، خلال هذه العملية تستعمل المواد الغذائية لإنتاج مركبات هامة منها الجلوكوز والأحماض الأمينية والدهون. الجدير بالذكر أن هناك بعض الكائنات الحية ذاتية التغذية مثل البكتيريا تتمكن من إنتاج هذه المركبات من خلال وسائل أخرى حيث تستغل مركبات لاعضوية كمتقبل للأكسجين، ومن ضمن هذه المركبات اللاعضوية الكبريت والميثان والأيونات الناتجة من المعادن. توجد العديد من الكائنات الحية تحتاج للأكسجين في عملية التنفس الذاتي تسمى «كائنات هوائية»، بينما بعضها لا يعتمد عليه وتسمى «كائنات لاهوائية». وبهذا يقسم التنفس الداخلي إلى التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي. كما أنه في الإنسان يمكن أن يتم الاستفادة من طاقة الجلوكوز بطريقة هوائية في وجود الأكسجين aerobic process ، كما يمكن الاسفادة من طاقته في عدم وجود الاكسجين anaerobic process (تمارين لاهوائية).

تستعمل الطاقة الناتجة عن التنفس الداخلي (في الخلايا) لإنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP وهي صورة الطاقة التي يستطيع الجسم استعمالها؛ الطاقة الكامنة في مركب أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP تستعمل لعدة وظائف منها التخليق البيولوجي (عملية إنتاج المواد الحيوية بروتينات وانزيمات وهرمونات)، وتنظيم حركة وتنقل الجزيئات عبر غشاء الخلية وكذلك حركة الكائن الحي عن طريق العضلات. ونظراً لوجود أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP الدائم في خلايا جسم الإنسان يطلق عليه أيضاً اسم «الطاقة الشاملة الدائمة» أو«بطارية الخلية».

مراحل هذه العملية

لقد اختلف علماء الأحياء فيما يتعلق بالأسماء وعدد مراحل هذه العملية، ومع ذلك من الممكن شرح، ووصف العملية بشكل كامل من خلال ثلاث مراحل رئيسية كما الآتي:

تحلل الغلوكوز (Glycolysis)

تبدأ هذه العملية من خلال عملية تحلل الغلوكوز أو التحلل السكريّ، وهي التي تتكون من سلسلة مكونة من عشرة تفاعلات كيميائية تحدث في معظم أنواع الخلايا.

وفي هذه المرحلة يحدث الآتي:

يتم تحلل الغلوكوز إلى جزأين من حمض البيروفيك (Pyruvic acid) في سيتوبلازم الخلية، بالإضافة إلى تحول ثنائي النوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين (NAD+) إلى الشكل المختزل (NADH)، وينتج عن هذه المرحلة جزأين من الطاقة أو الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات (ATP).
ينتقل حمض البيروفيك بعد الانتهاء من هذه المرحلة إلى الميتوكوندريا، ويتحول إلى أستيل مرافق الإنزيم-أ (Acetyl-CoA)، ويمكن اعتبار عملية تحول حمض البيروفيك إلى أستيل مرافق الإنزيم-أ مرحلة مستقلة تُعرف باسم التفاعل الانتقالي، أو أكسدة حمض البيروفيك.

حلقة كريبس (Krebs cycle)

تُعد هذه الحلقة أو الدورة المرحلة الثانية من عملية التنفس الخلوي، ومن خلالها تتحد جميع ذرات الهيدروجين الموجودة في الأسيتيل المرافق الإنزيم-أ مع ذرات الأكسجين من أجل إنتاج الآتي:

أربعة جزيئات من الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات.
جزيء واحد من ثنائي النوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين المختزل.
بعض النواتج الثانوية، مثل: ثاني أكسيد الكربون، والماء.

سلسلة نقل الإلكترون (Electron transport chain)

تعد سلسلة نقل الإلكترون سلسلة من التفاعلات المعقدة التي تنتقل من خلالها الإلكترونات التي يحررها جزيء ثنائي النوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين المختزل عن طريق سلسلة من نواقل الإلكترونات من أجل أن تصل في النهاية إلى ذرات الأكسجين ليتكون الماء ويتحرر.

وخلال عملية انتقال الإلكترونات عبر السلسلة تفقد جزءًا من طاقتها، ويتم استخدام هذه الطاقة من أجل إنتاج 32 جزيئًا من الأدينوسين ثلاثيُّ الفوسفات، ويطلق على هذه المرحلة أيضًا اسم مرحلة الفسفرة التأكسدية.