זרחון חמצוני

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-edit-clear.svg ערך זה זקוק לעריכה: הסיבה לכך היא: ניסוח וחוסר פירוט.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.

בביולוגיה, זרחון חמצוני הוא השלב האחרון בתהליך הנשימה התאית, תהליך המשמש להפקת אנרגיה ביצורים אירוביים.

רקע[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 26 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 26 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).

התהליך[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליך הזרחון החמצוני נראה פשוט על פניו: אלקטרונים הנפלטים ממעגל קרבס, השלב הקודם לזרחון החמצוני, שמתרחש במטריקס מועברים באמצעות מולקולות FADH2 ו-NADH אל הממברנה שם האלקטרונים עוברים דרך חלבונים נשאי אלקטרונים ובסופו של דבר נקלטים על ידי אטומי חמצן. המעבר של האלקטרונים דרך נשאי האלקטרונים גורם להעברה של פרוטונים נגד מפל הריכוזים אל העבר החיצוני של הממברנה, מה שגורם להפרש ריכוזי פרוטונים גבוה בין שני עברי הממברנה.
מקורו של החמצן הוא האוויר שהיצור נושם. החמצן כקולט אלקטרונים מהווה את המניע לשרשרת נשאי האלקטרונים הגורמים להפרש ריכוזי הפרוטונים הנקרא גם "פוטנציאל ריכוזים", והפרש ריכוזים זה גורם לצימוד של מולקולת ADP לקבוצת פוספט, ליצירת מולקולת ATP- מטבע האנרגיה של התא. תהליך הצימוד לקבלת ATP מתבצע בחלבון אינטגרלי המשולב בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה ומכונה "חלקיק F" או ATP-סינתאז.

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, הם מניעים חלק מהאינזים המכונה F0 שמשמש כמעין מנוע, חלק זה מניע חלק באנזים המכונה F1, התנועה גורמת לחללים להיפתח ב-F1 ולקלוט לתוכם ADP ו-Pi, ואז להיסגר על שתי המולקולות ובכך לגרום להן להתחבר למולקולת 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; ומים הנוצרים בתהליך זה מכונים "מים מטאבוליים". כידוע- מולקולת מים מורכבת, למעשה, מאטום חמצן, שני פרוטונים ושני אלקטרונים (פרוטון ואלקטרון מהווים יחדיו אטום מימן).