عملية حصول الخلية للطاقة من الطعام
عملية الهضم
يجب تقسيم البروتينات والدهون والسكريات التي تشكل معظم الطعام الذي نتناوله إلى جزيئات أصغر قبل أن تتمكن خلايانا من استخدامها؛ إما كمصدر للطاقة أو كوحدات بناء لجزيئات أخرى، ويجب أن تعمل عمليات الانهيار على الطعام المأخوذ من الخارج، ولكن ليس على الجزيئات الكبيرة داخل خلايانا، وبالتالي فإن المرحلة الأولى من الانهيار الأنزيمي لجزيئات الطعام هي عملية الهضم، والتي تحدث إما في أمعائنا خارج الخلايا، أو في عضية متخصصة داخل الخلايا، الجسيم الحال.
يحافظ الغشاء الذي يحيط باللايسوزوم على فصل إنزيماته الهضمية عن العصارة الخلوية، وفي كلتا الحالتين، يتم تكسير الجزيئات البوليمرية الكبيرة في الطعام أثناء الهضم إلى وحداتها الأحادية الفرعية البروتينات إلى الأحماض الأمينية، والسكريات المتعددة إلى السكريات، والدهون إلى الأحماض الدهنية والجليسرول من خلال عمل الإنزيمات، وبعد الهضم تدخل الجزيئات العضوية الصغيرة المشتقة من الطعام إلى العصارة الخلوية للخلية، حيث تبدأ الأكسدة التدريجية.
عملية تحلل السكر
في المرحلة الثانية، تقوم سلسلة من التفاعلات تسمى تحلل السكر بتحويل كل جزيء من الجلوكوز إلى جزيئين أصغر من البيروفات، ويتم تحويل السكريات بخلاف الجلوكوز بالمثل إلى البيروفات بعد تحويلها إلى أحد مواد السكر الوسيطة في مسار التحلل السكري هذا، وأثناء تكوين البيروفات، يتم إنتاج نوعين من الجزيئات الحاملة المنشطة – ATP و NADH، ومن ثم يمر البيروفات من العصارة الخلوية إلى الميتوكوندريا.
هناك، يتم تحويل كل جزيء بيروفات إلى ثاني أكسيد الكربون، وبالإضافة الى مجموعة أسيتيل ثنائية الكربون؛ والتي تصبح مرتبطة بالإنزيم المساعد A (CoA)، مكونًا أسيتيل CoA، جزيء حامل منشط آخر، ويتم أيضًا إنتاج كميات كبيرة من الأسيتيل CoA عن طريق الانهيار التدريجي وأكسدة الأحماض الدهنية المشتقة من الدهون، والتي يتم نقلها في مجرى الدم، واستيرادها إلى الخلايا كأحماض دهنية، ثم نقلها إلى الميتوكوندريا لإنتاج أسيتيل CoA.
الانهيار التأكسدي للجلوكوز
تحدث المرحلة 3 من الانهيار التأكسدي لجزيئات الطعام بالكامل في الميتوكوندريا، وترتبط مجموعة الأسيتيل الموجودة في الأسيتيل CoA بالإنزيم المساعد A من خلال ارتباط عالي الطاقة، وبالتالي يمكن نقلها بسهولة إلى جزيئات أخرى، وبعد نقلها إلى جزيء أوكسالو أسيتات رباعي الكربون، تدخل مجموعة الأسيتيل سلسلة من التفاعلات تسمى دورة حمض الستريك، تتأكسد مجموعة الأسيتيل إلى CO2 في هذه التفاعلات، وتتولد كميات كبيرة من NADH الناقل للإلكترون.
أيضا، يتم تمرير الإلكترونات عالية الطاقة من (NADH) على طول سلسلة نقل الإلكترون داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا، حيث تُستخدم الطاقة المنبعثة من نقلها لقيادة عملية تنتج ATP وتستهلك الأكسجين الجزيئي (O2)، وفي هذه الخطوات النهائية يتم تسخير معظم الطاقة المنبعثة من الأكسدة لإنتاج معظم ATP في الخلية.
أخيرا، تحتاج جميع الكائنات الحية إلى الحفاظ على نسبة عالية من ATP/ADP، إذا كان سيتم الحفاظ على النظام البيولوجي في خلاياها، ومع ذلك لا تتمتع الحيوانات إلا بإمكانية الوصول الدوري إلى الغذاء، وتحتاج النباتات إلى البقاء على قيد الحياة طوال الليل دون ضوء الشمس، دون إمكانية إنتاج السكر من عملية التمثيل الضوئي، ولهذا السبب تقوم كل من النباتات والحيوانات بتحويل السكريات والدهون إلى أشكال خاصة للتخزين.
