تقـديـم :
تستعمل الكائنات ذاتية التغذية (النباتات الخضراء) الطاقة الضوئية والمواد المعدنية لإنتاج المادة العضوية، بينما تستعمل الكائنات الغير ذاتية التغذية (إنسان،حيوانات ، نباتات لا يخضورية) المادة العضوية لمدها بالطاقة اللازمة لنموها وأنشطتها التركيبية وتعويض الخلايا الميتة والمواد المستعملة.
I - التفاعلات المسئولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلية
تستعمل الخلايا مستقلب الكليكوز بطريقتين لإنتاج الطاقة من أجل تكاثرها: - في الوسط الحيهوائي تقوم الخلايا بهدم كلي لمستقلب الكليكوز مع استهلاك الأكسجين و طرح CO2 و H2O مع إنتاج طاقة مهمة و هذا ما يعرف بالتنفس ويتطلب تدخل الميتوكوندريات.معادلة التفاعل: C6H12O6+ 602 → 6CO2 + 6H2O+ 38ATP
- في الوسط الحي لاهوائي تقوم الخلايا بهدم جزئي لمستقلب الكليكوز في غياب الأكسجين مع تشكل الحمض اللبني أوالاتانول و CO2 و إنتاج طاقة ضعيفة و هذا ما يعرف بالتخمر ولا يتطلب تدخلا للميتوكوندريات، لأنه يحدث بداخل الجبلة الشفافة.
معادلة التخمر الكحولي: CH3COCOOH + NAD'+ H+ → CH3CH2OH + NAD' + CO2
معادلة التخمر اللبني:CH3COCOOH + NAD' + H' → CH3CHOHCOOH + NAD'
يتعرض مستقلب الكليكوز إلى تفككين :
* الأول خارج الميتوكوندري على مستوى الجبلة الشفافة و لايحتاج إلى الأكسجين ويسمى انحلال الكليكوز وهو مشترك بين التنفس والتخمر
* الثاني على مستوى الميتوكوندري في حالة وجود الأكسجين و يسمى التأكسدات التنفسية و يعتبر حمض البيروفيك هو المستقلب الذي يتعرض للتأكسدات التنفسية.
II-ظاهرة التنفس الخلوي
1 ـ مرحلة انحلال الكليكوز داخل الجيلة الحفافة :
عندما يدخل الكليكوز إلى الخلية يتحد مع الفوسفاط ليعطي كليكوز فوسفاط مما يمنعه من جهة مغادرة الخلية و يمكنه من جهة أخرى من الدخول في سلسلة من التفاعلات، حيت ينشطر المركب المحصل عليه إلى قسمين يسمى كل واحد منها بسكر ثلاثي فوسفاط الذي يتفاعل مع كل من جزيئة فوسفاط و جزيئة مزيلة للهدروجين لنحصل على سكر ثلاثي ثنائي الفوسفاط بعد ذالك تستخلص جزيئات الفوسفاط لتنتج الطاقة ولتعطي في النهاية جزيئتين من حمض البيروفيك وتسمى هذه التحولات بانحلال الكليكوز و تتم في غياب الأكسجين.
- معادلة انحلال الكليكوز
- خلاصة
انحلال الكليكوز مرحلة مشتركة بين التنفس والتخمر: مجموعة من التفاعلات تتم في مستوى الجبلة الشفافة، تتجلى في أكسدة جزئية للكليكوز ينتج عنها تكون جزيئتان من حمض بيروفيك مصحوبة بإنتاج 2ATP واختزال +2NAD إلى +2NADH + H عن طريق إزالة الهيدروجين من مركب ثلاثي الكربون (2غليسيرألدييد) ناتج عن هدم الكليكوز.
معادلة انحلال الكليكوز
2 ـ مرحلة التأكيدات التنفسية داخل الميتوكوندري:
أ - فوق بنية الميتوكوندري:
الميتوكندريات عبارة عن عضيات خلوية يتراوح طولها بين 1 و2 μm وعرضها بين 0,5 و1μm، يزداد عددها كلما كانت الخلايا أكثر نشاطا وكلما كان الوسط غنيا بالأكسجين.
رسم تخطيطي لفوق بنية الميتوكندري
ب - أكسدة حمض البيروفيك (تحدث بماتريس الميتوكندري)
- المرحلة الأولى : تكوين أستيل كوانزيم A
مباشرة بعد دخول حمض البيروفيك إلى الماتريس يمر من مجموعة تفاعلات تؤدي الى انتزاع الهدروجين والكربون وكذا تثبيت جزيئة مساعد الأنزيم A أو كوانزيم A
.webp "ملخص مرحلة تكون الأستيل كوأنزيم A")
ملخص مرحلة تكون الأستيل كوأنزيم A
- خلاصة:
يفقد حمض البيروفيك CO2 ويختزل +NAD إلى +NADH+Hويتشكل أسيتيل CoA، وذلك حسب المعادلة التالية:
CH3COCOOH + NAD'+ CoAH → CH3COCoA + NADH, H' + CO2المرحلة الثانية: تفاعلات حلقة كريبس
يدخل أستيل كوأنزيم A في حلقة من التفاعلات يتم خلالها انتزاع الكربون على شكل CO2 وتكون طاقة ATP واختزال جزيئات ناقلة +NAD وFAD إلى NADH, H وFADH2 ، مجموع هذه التفاعلات تسمى حلقة KREBS
ففي البداية يثبت حمض أوكسلو اسيتيك على شق الأسيتيل ليعطي مركب سداسي الكربون حمض الستريك الذي ينتزع منه الهدروجين والكربون بتدخل+NAD مرتين متتاليتين بعد ذلك يحدث تفسفر ATP وانتزاع الهدروجين مرتين على التوالي بواسطة +FAD و+NAD للحصول على حمض أوكسلو اسيتيك.
.webp "دورة كريبس خطاطة")
ج- السلسلة التنفسية
- تعاد أكسدة النواقل +NADH+H و FADH2 بتسليم البروتونات +H والإلكترونات -e إلى مجموعة من جزيئات بروتينية متموضعة بالغشاء الداخلي للميتوكندري (السلسلة التنفسية).
- أثناء نقل الإلكترونات عبرالسلسلة التنفسية تتراكم البروتونات +H في الحيز البيغشائي وينتج عن ذلك نشوء ممال +H من جهتي الغشاء الداخلي للميتوكندري يجسد مدخرا للطاقة.
- تمكن الكرات ذات شمراخ من رجوع +H إلى الماتريس مستغلة طاقة هذا التدفق لتحفيز تفاعل التفسفر: ADP + Pi → ATP وفي نفس الوقت يختزل 02 بتقبل البروتونات +H والإلكترونات -e حسب التفاعل: O2 + 2H+ + 2e-→ H2O ½
- تسمى عملية تدفق البروتونات والإلكترونات نحو الزوج O2⁄H2O بالأكسدة التنفسية.
- يعتبر التفسفر المؤكسد والأكسدة النتفسية تفاعلات مزاوجة .
- إعادة أكسدة جزيئة واحدة من NADH تعطى 3ATP- إعادة أكسدة جزيئة واحدة من FADH2 تعطي ATP 2
خــلاصة:
.webp "ماهو التفسفر المؤكسد")
III- ظاهرة التخمر
عندما يصبح تزويد الخلية بالأكسجين غير كاف يمنع حمض البيروفيك من الدخول في سلسلة الأكسدة التنفسية فيتحول إلى حمض لبني بأكسدته لNADH2 حسب التفاعل التالي: +CH3COCOOH + NADH2 → CH3CHOHCOOH + NAD
يتكون الحمض اللبني داخل العضلات المتعبة بعد القيام بنشاط عضلي قوي و طويل يحمض الحليب تحت تأثير بكتيريات حيلاهوائية تحول اللاكتوز (سكر الحليب) إلى حمض لبني الذي يتسبب في تخثر بروتين الحليب الجبنين.
يتكون الإيثانول داخل البكتريات التي تستمد طاقتها من وسط حي لاهوائي كما يتم طرح تنائي أكسيد أكسيد تسمى هذه الظاهرة بالتخمر اللبني و تحدث في الجبلة الشفافة.
IV - مقارنة الحصيلة الطاقية للتنفس والتخمر:
- التفاعل الإجمالي للتخمر اللبني: C6H12O6+2ADP+ 2Pi→ 2CH3 CHOHCOOH + 2ATP
- التفاعل الإجمالي للتخمر الكحولي: CH3COCOOH + NAD'+ H+ → CH3CH2OH + NAD' + CO2
- التفاعل الإجمالي للتنفس C6H12O6+ 602 → 6CO2 + 6H2O+ 38ATP
أثناء هدم جزيئة كليكوز تنتج الخلية 2ATP عن طريق تفاعلات التخمر مع بقاء حثالة
عضوية غنية بالطاقة بينما تنتج ATP 36 أو 38ATP عن طريق تفاعلات التنفس مع بقاء
حثالة معدنية خالية من الطاقة.
الحصيلة الطاقية للتنفس أكبر من التخمر لأن
جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير
تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل الحمض اللبني أو الكحول.
- مقارنة المردود الطاقي للتنفس و التخمر :
جزيئة كليكوز تحتوي على طاقة كامنة تقدر بـ (686Kcal (2840 KJ
حلمأة جزيئة ATP تعطي طاقة تقدر بـ (Kcal7,3 (30.5 KJ
حساب المردود الطاقي للتخمر
حساب المردود الطاقي للتنفس
المردود الطاقي للتنفس أكبر من التخمر لأن جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل الحمض اللبني أو الكحول.
في كلتا الحالتين لا يتم تحويل كل الطاقة الكامنة في الكليكوز إلى ATP على مستوى الخلية و إنما يضيع جزء منها على شكل حرارة، حيث لا يتم الاستفادة إلا من كمية قليلة من الطاقة الكامنة في الكليكوز خلال التنفس و %2,13 فقط خلال التخمر.
أتدرب ✍️
جاري التحضير
ملخص درس atp