נשימה תאית

נשימה תאית היא התהליך שבו התא מפיק אנרגיה זמינה מפירוק תרכובות אורגניות.
התהליך מתרחש בתוך התא ונפוץ בפירוק פחמימות. באורגניזמים הטרוטרופיים החומרים מגיעים מהמזון. באוטוטרופיים החומרים נוצרים בפוטוסינתזה או בכימוסינתזה.
האנרגיה שמשתחררת משמשת לבניית מולקולת ATP. ATP היא מולקולת אנרגיה בתא. вона נוצרת מ-ADP (מולקולת אנרגיה חלקית) ופוספט אנאורגני Pi.
כאשר ATP מתפרק בהידרוליזה, משתחררת אנרגיה שמניעה תהליכים תאיים. מטאפורת הסוללה מסבירה זאת: ATP היא "סוללה טעונה" ו-ADP+P היא "סוללה פרוקה".
בתהליך מופעל מעבר אלקטרונים בין חומרים. מעבר האלקטרונים, בדומה לסוללה חשמלית, מניע יצירת ATP.
לא נכון לחשוב שנשימה תאית תמיד דורשת חמצן. בבסיס כל תהליכי הנשימה עומדות תגובות חמצון-חיזור. חמצון פירושו כאן מסירת אלקטרונים, ולא דווקא קשירת חמצן. לכן קיימת גם נשימה תאית אל-אווירנית שבה קולט אחר את האלקטרונים במקום החמצן.
בפרוקריוטים (חיידקים) מתרחשת הנשימה בציטופלזמה ובממברנת התא. באיקריוטים הגליקוליזה מתרחשת בציטופלזמה.
מעגל קרבס (מערך תגובות במיטוכונדריה) מתרחש במטריקס המיטוכונדריה. הזרחון החמצוני, שמייצר את מרבית ה-ATP, נעשה על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. לכן מכנים את המיטוכונדריה "תחנות כוח של התא".
בתהליך הגליקוליזה גלוקוז נשבר לשתי מולקולות חומצה פירובית (פירובט). בתהליך זה נוצרות שתי מולקולות ATP ו-NAD הופך ל-NADH. NAD הוא נושא מימנים (קואנזים) שמקבל אלקטרונים ומימונים.
אם NADH לא יחזיר את המימנים ל-NAD, הגליקוליזה תעצור. יש שתי דרכים עיקריות להשיב NAD:
1) חיזור חומצה פירובית לחומצת חלב. חמצון זה משחרר NAD חופשי. תהליך זה קורה בחיידקים, פטריות וחד-תאיים, וגם בתאי שריר אנושיים במאמץ.
2) תסיסה כוהלית בשמרים: חומצה פירובית הופכת לאתנול, ובתהליך זה משוחזר NAD.
בחמצן, החומצה הפירובית עוברת חמצון במיטוכונדריה. בתהליך משתחררים CO2 וייווצר H2O בסוף שרשרת נשימה.
החומר שנוצר נכנס למעגל קרבס, ושם מתרחשים שינויים חימצוניים בעזרת אנזימים. הזרחון החמצוני על הממברנה הפנימית יוצר עוד ATP.
בסך הכל, בתנאים אירוביים, ממולקולת גלוקוז אחת ניתן להשיג כ-38 מולקולות ATP.
התגובה הכללית בתהליך האירובי היא פירוק גלוקוז עם חמצן ל-פחמן דו-חמצני ומים.

נשימה תאית היא איך תאים מקבלים אנרגיה מפירוק מזון.
התהליך קורה בתוך התא. רוב האנרגיה מגיעה מפירוק סוכר שנקרא גלוקוז.
ATP היא מולקולה שהתוּנה התא להשתמש באנרגיה. (ATP = אנרגיה בתא.)
ADP היא סוללה חלקית. כשהתא "מטעין" את ה-ADP, הוא יוצר ATP.
ממש כמו סוללה, ATP נותנת כוח לתהליכים שבתא.
בחיידקים התהליך קורה בציטופלזמה ובממברנה שלהם.
ביצורים גדולים יותר, המיטוכונדריה היא התחנה החשובה. (מיטוכונדריה = חלק בתא שמייצר אנרגיה.)
בתהליך שנקרא גליקוליזה, הסוכר נשבר לשתי חומצות פירוביות. (חומצה פירובית = חתיכה קטנה שנוצרה מסוכר.)
מהגליקוליזה יוצאות שתי מולקולות ATP ונישא מימן שנקרא NADH. (NAD הוא נשא מימנים.)
אם התא צריך, הוא מחזיר את המימנים בחיזור לחומצת חלב. זה קורה בשרירים במאמץ.
שמרים עושים דרך אחרת: הם הופכים את החומצה לכוהל ותוך כך משחזרת NAD.
אם יש חמצן, החומצה פירובית נכנסת למיטוכונדריה ונשרפת שם קצת יותר.
בסוף התהליך נוצרים מים ופחמן דו-חמצני. בתהליך כזה התא מקבל הרבה ATP.
בקצרה: בלי חמצן מקבלים קצת אנרגיה. עם חמצן מקבלים הרבה אנרגיה.