التنفس الخلوي

بسم الله الرحمن الرحيم

التنفس الخلوي : سلسلة منظمة من تفاعلات حيوية يتم فيها تحطيم الجزيئات العضوية لإنتاج الطاقة.

- سميت هذه العملية بالتنفس الخلوي لأنها تحدث في الخلية.

أهمية التنفس الخلوي :
1- الحصول على الطاقة من المركبات العضوية ( الجلوكوز ) للقيام بالنشاطات الخلوية.
2- الحفاظ على ثبات درجة حرارة الجسم.
3- توفير الهيكل الكربوني لعملية البناء الضوئي.

- تحدث عمليات التنفس الخلوي في الميتوكندريا.




تركيب الميتوكندريا:
1- تحاط بغشاءين لهما تركيب الغشاء البلازمي نفسه.
أ- غشاء خارجي أملس : منفذ لمعظم المواد الكيميائية.
ب- غشاء داخلي : يحتوي على إنثناءت إصبعية تمتد إلى الداخل وتسمى الأعراف.
2- الحيز بين غشائي : حيز محصور بين الغشاء الداخلي والغشاء الخارجي.
3- الحشوة : منطقة داخلية محاطة بالغشاء الداخلي, تحتوي على الأنزيمات جميعها اللازمة لعملية التنفس, بالإضافة إلى بعض البروتينات ورايبوسومات وكمية من DNA , ويمكن لجزيئات DNA في الميتوكندريا إصدار تعليمات وراثية لبناء بعض الأنزيمات اللازمة دون الرجوع إلى DNA في النواة.

تعليلات:
أ- إحتواء الغشاء الداخلي للميتوكندريون على أعراف ؟
لزيادة مساحة غشاء السطح الداخلي مما يزيد في فعالية الميتوكندريون للقيام بعملياتها الحيوية.
ب- تستطيع الميتوكندريا إصدار معلومات وراثية لبناء بعض الأنزيمات دون الرجوع إلى النواة؟
لإحتوائها على جزيئات DNA وبعض البروتينات والرايبوسومات .
س : لماذا تكون الأغشية المحيطة بالميتوكندريا أغنى بالبروتين منها بالدهون؟
ج : لأن هذه الأغشية تحتوي على أنزيمات التنفس وهي بروتينات.


مراحل عملية التنفس الخلوي :

مجمل عملية التنفس الخلوي الهوائي تتمثل في المعادلة التالية :



تقسم عملية التنفس إلى أربع مراحل رئيسية :
1- التحلل السكري ( الغلايكولي ) :
تحدث في الكائنات الحية جميعها بما فيها الكائنات التي تقوم بالتنفس اللاهوائي .
تتم جميع تفاعلاتها في السيتوسول , لوجود الأنزيمات اللازمة.
س: تتبع خطوات التحلل الغلايكولي في الخلية؟

تبدأ هذه المرحلة بدخول جزيء الغلوكوز إلى الخلية حيث يمر بتفاعلات تنتهي بإنتاج جزيئين من حمض البيروفيك.
ينتج من هذه المرحلة جزيئين من ATP , وجزيئين من NAD+ أختزلا إلى 2NADH.

النواتج :
2 حمض بيروفيك
2 ATP
2 NADH تعطي 6 ATP
وبذلك يكون مجموع مركب ATP الناتج يساوي 8 ATP
ملاحظة: النواقل الهيدروجينية : NADH ينتج 3ATP
FADH2 ينتج 2ATP




2- مرحلة تحول حمض بيروفيك إلى أستيل مرافق أنزيم – أ

- في نهاية عملية التحلل الغلايكولي وفي حال توافر الأوكسجين يدخل حمض بيروفيك إلى الميتوكندريون ويتحول إلى مجموعة أستيل وينتج غاز ثاني أوكسيد الكربون.
- يتحد الأستيل مع مرافق أنزيم ـ أ ( CO-A) لتكوين أستيل مرافق أنزيم – أ .



نواتج هذه المرحلة :
تكون 2CO2
تكون 2NADH
تكون أستيل مرافق أنزيم – أ


3- حلقة كربس :أ- يتحد استيل مرافق الأنزيم ـ أ مع مركب رباعي الكربون لتكوين مركب سداسي الكربون.
ب- تحدث تفاعلات أكسدة وإعادة ترتيب للذرات لتتكرر الدورة من جديد.



نواتج هذه المرحلة :
I4 CO2
I18 ATP I6 NADH
I2 ATP I2 ATP
I4 ATP I2 FADH2

ملاحظة : ذرات الهيدروجين التي تنتشر في أثناء خطوات الدورة يستقبلها نوعان من النواقل الكيميائية أحدهما NAD+ ويتحول إلى NADH والآخر FAD ويتحول إلى FADH2


4- سلسلة نقل الإلكترون :هي سلسلة من النواقل الكيميائية تكون مطمورة في الغشاء الداخلي للميتوكندريا وتتكون من مجموعة من الأنزيمات والبروتينات تعرف بالسيتوكرومات .
س : ما دور سلسلة نقل الإلكترون في نقل الإلكترونات؟ وكيف يتم إنتاج جزيئات ATP؟
أ- تنتقل الإلكترونات والأيونات من النواقل الكيميائية NADH و FADH2 وتمر عبر سلسلة نقل الإلكترون.
ب- أثناء إنتقال الإلكترونات تفقد جزء من طاقتها ويستخدم جزء منها في نقل أيونات الهيدروجين. فتمر عبر الغشاء إلى الحيز بين الغشائي ليصبح تركيزها عالياً.
ج- تعود أيونات الهيدروجين لتنتقل عبر أنزيم بناء ATP فينشط بناء جزيئات ATPحسب المعادلة.





*عملية التخمر:
التخمر : عملية تحلل الأغذية العضوية دون إستخدام الأكسجين وهي نوعان:
أ- التخمر اللبني : يتم فيه إختزال حمض بيروفيك باستخدام الهيدروجين في جزيء NADH لينتج حمض اللبن.


يحدث هذا التخمر في بعض أنواع البكتيريا وفي الخلايا العضلية.




ب- التخمر الكحولي : سمي بالتخمر الكحولي لأنه يكون إيثانول(C2H5OH), يتم التخمر الكحولي في خطوتين :
1- ينتزع جزيء CO2 من جزيء حمض بيروفيك فينتج مركب ثنائي الكربون يسمى أسيتالدهيد.
2- يتم إختزال استيالدهيد بوساطة NADH إلى إيثانول وهذه الخطوة تساعد في إعادة توليد NAD+ اللازم لعملية التحلل الغلايكولي.
- يتم التخمر الكحولي في الخميرة وبعض أنواع البكتيريا. وتستخدم هذه الكائنات في بعض الصناعات الكحولية


*التكامل بين عمليتي التنفس والبناء الضوئي :



معادلة التمثيل الضوئي:


معادلة التنفس الخلوي:


من خلال المعادلتين نستنتج ما يلي :
1- نواتج عملية التنفس هي مواد داخلة ( متفاعلة ) في عملية البناء الضوئي , ونواتج عملية البناء الضوئي هي مواد متفاعلة في علمية التنفس الخلوي.
2- في كلتا العمليتين يتم إستخدام سلسلة نقل الإلكترون لإنتاج ATP.
3- تتضمن حلقتي كربس وكالفن إعادة ترتيب ذرات الكربون في مركبات عضوية وتعدان مصدراً للهيكل الكربوني الذي يستخدم في تفاعلات البناء الحيوية.
4- نواتج حلقة كربس ATP, NADH,FADH2 , وفي حلقة كالفن يتم إستخدام ATP,NADH.
5- جزيء CO2 يربط بين حلقتي كربس وكالفن.
س : كيف تعتمد عملية التنفس على عملية البناء الضوئي في النبات والحيوان؟
في النبات تدخل نواتج حلقة كالفن إلى حلقة كربس خلال عملية التحلل الغلايكولي وفي الحيوانات يتم إستخدام نواتج حلقة كالفن كغذاء تتم أكسدته في حلقة كربس.