تسمى العملية التي تؤدي إلى إطلاق الطاقة عند عدم وجود كمية كافية من الأكسجين من أكثر الأسئلة التي يطرحها الكثير من الناس، خاصة طلاب العلوم الطبيعية والأحياء والمهتمين بدراسة الخلايا؟ يعتمد على الأكسجين في عملية التنفس الهوائي، حيث تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة يمكن للخلية استخدامها، ولكن ماذا يحدث إذا لم يتوفر ما يكفي من الأكسجين؟ وسوف نقوم بالرد على هذا بالتفصيل.
العملية التي تؤدي إلى إطلاق الطاقة عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين تسمى الأكسدة
الجواب هو التنفس اللاهوائي لأن هذه العملية تتم بدون الأكسجين. التنفس اللاهوائي هو المصدر الوحيد للطاقة لأنواع معينة من البكتيريا اللاهوائية. تحدث هذه العملية في الجزء السائل من السيتوبلازم، والذي يختلف عن التنفس الهوائي في الميتوكوندريا وينتج المزيد من جزيئات الطاقة.
خصائص التنفس الهوائي
التنفس الهوائي هو العملية التي تحصل من خلالها الخلية على الطاقة التي تحتاجها في وجود كمية كافية من الأكسجين.
- يحدث التنفس الهوائي في جميع النباتات والحيوانات والطيور والبشر، باستثناء بعض بدائيات النوى البدائية.
- في التنفس الهوائي، يعمل الأكسجين كمستقبل للإلكترون، مما يساعد على إنتاج الطاقة بشكل أكثر كفاءة وسرعة.
- تتمتع الرابطة الأكسجينية المزدوجة بطاقة أعلى من الروابط الأخرى، مما يساعد على إنتاج المزيد من ATP.
- التنفس الهوائي هو الطريقة المفضلة لتكسير البيروفات بعد تحلل السكر. يدخل البيروفات إلى الميتوكوندريا ليتأكسد بالكامل خلال دورة كريبس.
- تستخدم عملية التنفس الهوائي بشكل أساسي لأكسدة الكربوهيدرات. لكن مواد مثل الدهون والبروتينات تستخدم أيضًا كمواد متفاعلة.
- ثاني أكسيد الكربون والماء هما نواتج التنفس الهوائي والطاقة المستخدمة لإضافة مجموعة فوسفات ثالثة إلى ADP وتكوين ATP.
- يتم تحويل الجزيئات الأخرى الغنية بالطاقة مثل NADH وFADH2 إلى ATP عبر سلسلة نقل الإلكترون مع الأكسجين والبروتونات.
- أثناء التنفس الهوائي، يتم إنتاج معظم ATP أثناء الفسفرة التأكسدية، حيث يتم استخدام طاقة جزيء الأكسجين لضخ البروتونات خارج غشاء الخلية.
- ينتج التنفس الهوائي 38 جزيء طاقة، وهي كمية كبيرة مقارنة بالتنفس اللاهوائي.
خصائص التنفس اللاهوائي
التنفس اللاهوائي هو عملية تحدث عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين في الخلية أو لا يوجد.
- في التنفس اللاهوائي، يمكن أن يكون مستقبل الإلكترون عبارة عن أيون كبريتات (SO4–)، أو أيون نترات (NO3–) أو عدد من الجزيئات الأخرى.
- ومن المعروف أن بعض الكائنات الحية، التي تسمى مولدات الميثان، تستخدم ثاني أكسيد الكربون كمستقبل وتنتج الميثان كمنتج ثانوي.
- وبالمثل، تستخدم مجموعة أخرى من بكتيريا الكبريت الأرجواني الكبريتات كمستقبل للإلكترون، وتنتج كبريتيد الهيدروجين كمنتج ثانوي.
- تعيش هذه الكائنات في بيئات منخفضة الأكسجين، وبالتالي تختار المسارات اللاهوائية لتكسير الطاقة الكيميائية.
- يشبه التنفس اللاهوائي التنفس الهوائي حيث تدخل الجزيئات في سلسلة نقل الإلكترون لنقل الإلكترونات إلى متقبل الإلكترون النهائي.
- تتمتع متقبلات الإلكترون النهائية المشاركة في التنفس اللاهوائي بإمكانية اختزال أقل من جزيئات الأكسجين، مما يؤدي إلى إنتاج طاقة أقل. ومع ذلك، فإن التنفس اللاهوائي ضروري للدورات البيوجيوكيميائية للكربون والنيتروجين والكبريت.
- النترات، التي تعمل كمستقبل للإلكترون في التنفس اللاهوائي، تنتج غاز النيتروجين كمنتج ثانوي. هذه العملية هي الطريقة الوحيدة لدخول النيتروجين الصلب إلى الغلاف الجوي.
- التخمير هو مسار آخر للتنفس اللاهوائي حيث يكون تحلل السكر هو مصدر الطاقة الوحيد ولا تتم إعادة أكسدة البيروفات من خلال دورة كريبس.
- يحدث التنفس اللاهوائي في العديد من البيئات، بما في ذلك المياه العذبة والتربة وسطح أعماق البحار. تستخدم بعض الميكروبات الموجودة في البيئات المؤكسجة أيضًا التنفس اللاهوائي لأن الأكسجين لا ينتشر بسهولة إلى سطحها.
وأخيرا قد أجبنا على السؤال: ما هي العملية التي تؤدي إلى إطلاق الطاقة عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأوكسجين. وتعرفنا أيضًا على عملية التنفس الهوائي واللاهوائي وخصائص كل منهما؟ بعض التفاصيل.