זרחון חמצוני
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
בביולוגיה, זרחון חמצוני הוא השלב האחרון בתהליך הנשימה התאית, תהליך המשמש להפקת אנרגיה ביצורים אירוביים.
הזרחון החמצוני, המתרחש תמיד לאחר הגליקוליזה ומעגל קרבס, הוא השלב המכריע, החשוב והיעיל ביותר בנשימה התאית. בהשוואה לשני השלבים הקודמים, בהם מתקבלות מולקולות ATP בודדות, מיוצרות בתהליך הזרחון החמצוני למעלה מ-30 מולקולות ATP על כל מולקולת גלוקוז שנצרכה.
להספק עצום זה חשיבות אבולוציונית עליונה: מאז שפיתחו היצורים הארובּיים הראשונים על-פני כדור הארץ את מנגנון הזרחון החמצוני, ועמו בעצם את תהליך הנשימה האווירנית, הפכו היצורים שבאו אחריהם במרוצת הדורות לגדולים יותר ומורכבים יותר. המגוון המרשים הקיים כיום בעולם החי נוצר בעיקר בזכות אותן 30 מולקולות ATP המיוצרות בזרחון החמצוני, אנרגיה שבלעדיה יכולתם של היצורים לגדול ולהתפתח מוגבלת ביותר. כראיה לכך, היצורים היחידים כיום שאינם משתמשים בזרחון חמצוני לשם הפקת אנרגיה הם מיקרואורגניזמים - רובם חיידקים ומיעוטם פרוטיסטים ופטריות (אולם מיקרואורגניזמים רבים דווקא כן מבצעים זרחון חמצוני ונשימה אווירנית. ראו פרטים נוספים בערך אנארובי).
[עריכה] התהליך
תהליך הזרחון החמצוני נראה פשוט על פניו: אלקטרונים הנפלטים ממעגל קרבס, השלב הקודם לזרחון החמצוני, נקלטים על ידי אטומי חמצן. מקורו של החמצן הוא האוויר שהיצור נושם. כשאטום חמצן קולט אלקטרון, הוא פולט אנרגיה; זו משמשת לייצור מולקולות ATP.
למעשה מדובר בשרשרת ארוכה של תגובות; זאת חיונית כיוון שהאנרגיה הנפלטת עם חיזור החמצן גבוהה מדי. אם היה מדובר בתהליך בן שלב אחד, הייתה רוב האנרגיה מתפזרת בסביבה כחום, ומתבזבזת. במקום זאת, האלקטרונים מועברים אל אטום החמצן דרך מולקולות הנקראות נשאי אלקטרונים.
תהליך הזרחון החמצוני מתרחש בתא תמיד על-גבי ממברנה: ביצורים אוקריוטיים מתרחש התהליך בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה; ביצורים פרוקריוטיים (חיידקים) מתרחש התהליך על-גבי ממברנת התא עצמו.
יצור מולקולת ATP, המהווה את מטרת התהליך, מתרחש כשקבוצת זרחה (פוספט) מתווספת ל-ADP (ראו ערך נוקלאוטיד). ADP (אדנוזין דיפוספט) מכיל שתי קבוצות זרחה; כשנוספת לו קבוצת זרחה שלישית, הוא הופך ל-ATP. תהליך זה, כאמור, צורך אנרגיה, וזאת מתקבלת כתוצאה ממעבר האלקטרונים לאטומי החמצן. הוספת קבוצת הזרחה ל-ADP במקביל להעברת אלקטרונים לאטומי חמצן מקנה לתהליך את שמו: זרחון חמצוני.
הוספת קבוצת הזרחה ל-ADP נעשית על ידי האנזים סינתטאז ה-ATP, המקובע בתוך ממברנת התא או המיטוכונדריה. האנזים מאפשר מעבר פרוטונים בין שני עברי הממברנה; כשפרוטונים עוברים דרך האנזים בכיוון מפל הריכוזים שלהם, נוצרת אנרגיה חשמלית, אותה מסוגל האנזים לנצל לשם צירוף קבוצות זרחה למולקולות ATP.
הפרוטונים העוברים דרך סינתטאז ה-ATP נתרמים על ידי חלק מנשאי האלקטרונים שהוזכרו לעיל. גם הפרוטונים נקלטים על ידי החמצן, ביחד עם האלקטרונים, לקבלת מים; מולקולות מים מורכבת, למעשה, מאטום חמצן, שני פרוטונים ושני אלקטרונים (פרוטון ואלקטרון מהווים יחדיו אטום מימן).
| מטבוליזם |
| נשימה תאית |
| גליקוליזה - מעגל קרבס - זרחון חמצוני |
| מסלולים מטבוליים נוספים |
| גלוקונאוגנזה - מסלול הפנטוז פוספט - תסיסה - פוטוסינתזה - ניטריפיקציה מעגל קורי - מעגל קלווין - מעגל הגליוקסילט |
| תרכובות עיקריות |
| ATP - גלוקוז - פירובט - NAD - כלורופיל |
| מגוון מטבולי |
| אארובי - אנארובי - הטרוטרוף - אוטוטרוף |
