تنفس خلوي

السؤال: ما هو التنفس الخلوي؟


التنفس الداخلي أو التنفس الخلوي هي مجموعة من التفاعلات الأيضية (الأيض) تحدث في الخلايا الحية لتحويل الطاقة الكيميائية الحيوية (و هي تفاعلات تستعمل الطاقة لتبسيط جزيئات معينة معقدة)  تتفاعل مع  الأكسجين لإنتاج الطاقة .[1][2][3]
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 البكتريا تتمكن من إنتاج هذه المركبات من خلال وسائل أخرى حيث تستمل المركبات اللاعضوية 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 "الهوائيات"، بينما بعضها لا يعتمد عليه وتسمى "اللاهوائيات"، وبهذا يقسم التنفس الداخلي إلى التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي.
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  تستعمل لعدة وظائف منها التخليق البيولوجي (عملية إنتاج المواد الكيميائية) وتنظيم  حركة وتنقل الجزيئات عبر غشاء الخلية وكذلك حركة الكائن الحي عن طريق العضلات.
و نظراً لوجود أدينوسين ثلاثي الفوسفات الدائم في جسم الإنسان يطلق عليه أيضاً اسم "الطاقة الشاملة الدائمة " .
التنفس الهوائي

تحدث عملية التنفس الهوائي في الهوائيات، التنفس الهوائي (aerobic respiration) يحتاج إلى أكسجين لتوليد الطاقة (أدينوسين ثلاثي الفوسفات)، في عملية التنفس الهوائي تتعطل البايروفات (مركب كيميائي صيغته CH3COCOOH) عن العمل عن طريق تحليل السكر ويستنفذ هنا بعضاً من أدينوسين ثلاثي الفوسفات لإنتاج بايروفات جديدة. بعد ذلك تذهب البايروفات إلى المتقدرة (الميتوكندريا) حيث تحدث للبايروفات عملية الأكسدة وهو ما يعرف بـ دورة كريبس. و بعد انتقال البايروفات pyruvates إلى المتقدرة تتولد بعض الطاقة من تحلل السكر على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات عن طريق عملية فسفرة (إضافة الفوسفور إلى أدينوسين ثنائي الفوسفات من دون تأكسدها) ومركب ثنائي نيكليوتيدة الأدنين وأميد النيكوتنك (NAD+ الذي ينتج من FADH2) ومركب ثنائي نيوكليوتيد الفلافين والأدينين (NADH2).
التنفس اللاهوائي
لا تستطيع الـ بايروفات الدخول في التفاعلات الأيضية السابقة دون وجود الأكسجين، لكنها تمر في عملية تسمى التخمر. في التنفس اللاهوائي البايروفات لا تنتقل إلى المتقدرة (الميتوكندريا) بل تبقى في السيتوبلازم، وتتعرض البايروفات pyruvates لمجموعة من التحولات تؤدي إلى تغيير تركيبها وتحويلها إلى فضلات تتخلص منها الخلية فيما بعد.  ان عملية تحويل البايروفات إلى فضلات مفيد للخلايا حيث أنه يسرع عملية استغلال جلوكوز آخر فيزيد من سرعة الحصول على الطاقة المخزونة في  (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). في العضلات الهيكلية تتحول البايروفات إلى نوع من الفضلات يسمى حمض اللاكتيك - و يسمى تخمرها تخمر حمض اللاكتيك -  في الخميرة (نوع من الفطريات) تتحول البايروفات إلى فضلات من الايثانول وثاني أكسيد الكربون ويسمى تخمرها تخمر الايثانول. إن طريقة جلب أدينوسين ثلاثي الفوسفات الوحيدة في التخمر هي عن طريق سلسلة طويلة من العمليات تسمى (ركيزة الفسفتة) وهي (تحدث أيضاً في التنفس الهوائي)، حيث لا تحتاج ركيزة الفسفتة إلى أكسجين، الطريقة الوحيدة التي بإمكان التنفس اللاهوائي إنتاج ATP هي فقط عملية سلسلة نقل الإلكترون، أي أنها تستنفد 2 ATP لتحلل الجلوكوز وتنتج 4 ATP خلال عملية سلسلة نقل الالكترون
ان كفاءة التنفس اللاهوائي أقل بكثير من التنفس الهوائي حيث أن التنفس اللاهوائي ينتج فقط 2 ATP مقارنةً بـ38 ATP في التنفس الهوائي . يحدث هذا بسبب إنتاج التنفس اللاهوائي لفضلات تحمل بعض الطاقة لكنها لا تستغلها، الايثانول مثلاً يمكن تنتج منه صورة من صور الطاقة تسمى محلول الجازولين، فيما يخص الخلايا بدائية النواة عندما تنتقل هذه الخلايا من وسط هوائي (يحتوي على أكسجين) إلى وسط لاهوائي (لا يحتوي على أكسجين) تبدأ هذه الخلايا بالتنفس اللاهوائي وهذا يلزمها مزيداً من الجلوكوز وسرعة أكبر في العمليات الأيضية لتبقى الخلية على قيد الحياة ؛ كما يمكن أن تتنفس الخلايا العضلية تنفساً لاهوائياً مثل ما يحدث عندما نمارس الرياضة، فأثناء ممارستنا لها إذا قمنا بتمرين متعب يصبح الجسم غير قادر على امداد الخلية بسرعة بالأكسجين فتبدأ عملية التنفس اللاهوائي، وبالمناسبة زيادة حمض اللاكتيك هو سبب الآلام التي نشعر بها في العضلات عند التعب (تقلص العضلات المؤلم).
انظر أيضا
مجموعات غذائية أساسية
سلسلة نقل الإلكترون
هدم البروتين
مراجع


*
تصنيف:أيض
تصنيف:فيزيولوجيا النبات