الشعبة العلمية.احياء(الفصل الثالث)الجزء الاول

التنفس في الكائنات الحية

يقوم الكائن الحي بتحرير الطاقة من المركبات عالية الطاقة (السكريات) التي كونها النبات في عملية
البناء الضوئي وذلك لاستخدامها في أداء الوظائف الحيوية للجسم

التنفس الخلوي :العملية التي تستخلص بها خلايا الكائن الحي الطاقة اللازمة لنشاطها من الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية لجزيئات الطعام التي يصنعها النبات أو يتناولها الحيوان .

- يعبر عن الغذاء المهضوم بجزء جلوكوز حيث تستخدمه أغلب خلايا الكائنات الحية لإنتاج الطاقة أكثر
من استخدامها لأي جزئ أخر
- الطاقة المنطلقة من تكسير الروابط الكيميائية في جزئ الجلوكوز يخزن في مركبات خاصة تسمى
عملة الطاقة وهي جزيئات ATP (العملة الدولية للطاقة)

تركيب جزئ ATP : 
- يتكون ATP من ثلاث وحدات هي:
الأدينين (قاعدة نيتروجينية) - سكر الريبوز (خماسي الكربون) - ثلاث مجموعات فوسفات
- يتحول ATP إلى ADP وتنطلق طاقة حوالي من 7 إلى 12 سعر حراري كبير لكل مول

معادلة التنفس الخلوي 

- تتم عملية أكسدة الجلوكوز وتحرير الطاقة
في الميتوكوندريا على ثلاث مراحل:
1- مرحلة انشطار الجلوكوز
2- دورة كربس
3- سلسلة نقل الإلكترون

- يحدث انشطار الجلوكوز في منطقة السيتوسول
وهي الجزء غير العضي من السيتوبلازم

- خطوات دورة كربس وسلسلة نقل الالكترونات تحدث في الميتوكوندريا حيث توجد إنزيمات تنفس -
ماء - فوسفات - إنزيمات مساعدة - جزيئات حاملات الالكترونات ( السيتوكرومات ) التي تحمل
الالكترونات على مستويات الطاقة المختلفة - مساعدات الإنزيم NAD+ - FAD التي تحمل
الهيدروجين في دورة كربس

أولا: مرحلة انشطار الجلوكوز 
أ- تحدث هذه المرحلة في حالاتي التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي ، ( لا تحتاج O2 )
ب- ينشطر جزئ الجلوكوز ( 6 كربون ) إلى 2 جزئ من حمض البيروفيك ( 3 كربون ) وتتم هذه المرحلة كالأتي:
1- يتحول الجلوكوز إلى جلوكوز 6- فوسفات ثم فركتوز 6- فوسفات ثم فركتوز 1-6 فوسفات الذي يكون 2 جزئ فسفوجليسرالدهيدPGAL

يستهلك في هذه التفاعلات 2ATP 

2- يتأكسد 2 جزئ فسفوجليسرالدهيد إلى 2 جزئ من حمض البيروفيك
- ينتج عن ذلك 4 ATP ( استهلك منها 2 ATP في التفاعلات السابقة ) ويتم اختزال 2NAD+ إلىNADH 2

المحصلة النهائية لمرحلة انشطار الجلوكوز2ATP + 2NADH 

- تعرف هذه التفاعلات بالأكسدة اللاهوائية لأنها تتم في غياب الأكسجين

- الطاقة الناتجة ( 2ATP ) غير كافية لأداء الوظائف الحيوية في الكائنات الحية, لذلك يدخل حمض
البيروفيك إلى الميتوكوندريا في وجود الأكسجين لإنتاج أكبر كمية من الطاقة تكفي لأداء جميع
الوظائف الجسم

ثانيا: دورة كربس 
بعد انشطار الجلوكوز في السيتوسول إلى 2 جزئ حمض بيروفيك وتكون 2ATP – 2NADH
- يتحول كل جزئ من حمض البيروفيك في وجود مساعد الأنزيم CO -A إلى أستيل CO - A
وينتج عن ذلك 2CO2 2 NADH –
- يمكن أن تنتج مجموعات أستيل من تكسير الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية وتتحد مع مساعد
الأنزيم CO - A

خطوات دورة كربس:
1- يدخل جزئ أستيل A CO –إلى دورة كربس حيث ينفصل عنه مساعد الأنزيم CO – A ليحمل
مجموعات أستيل أخرى إلى دورة كربس
2- تتحد مجموعة الأستيل (2C) مع حمض الأكسالوأستيك (4C) لينتج حمض الستريك (6C)
3- يمر حمض الستريك بعدد من المركبات الوسطية هي حمض كيتوجلوتاريك ثم حمض ساكسينك ثم
حمض ماليك لتنتهي التفاعلات بحمض اكسالوأستيك الذي يرتبط مع مجموعة أستيل جديدة مكونا
حمض السترك مرة أخرى ( لذلك تسمى دورة كربس بدورة حمض الستريك )
4- يتحرر أثناء الدورة : 2 CO2 ATP - - 3 NADH - FADH2
5- تتكرر دورة كربس مرتين لكل جزئ من الجلوكوز حيث
يعطي جزئ الجلوكوز 2 جزئ مجموعة أستيل
وبالتالي تتضاعف المواد المتحررة عن الدورة وتصبح :

* دورة كربس لا تتطلب وجود الأكسجين لأن الأكسدة تتم من خلال فقد الالكترونات التي تستقبلها مركبات FAD - NAD+ 

ثالثا: سلسلة نقل الإلكترون: 
هي المرحلة الأخيرة من التنفس الهوائي , تتم مع نهاية دورة كربس حيث يمر الهيدروجين والالكترونات
( ذات طاقة عالية ) والمحمولة على كل من NADH - FADH2 خلال أو حاملات الإلكترونات
- السيتوكرومات تحمل الالكترونات في مستويات طاقة مختلفة
- تمر الالكترونات من سيتوكروم إلى سيتوكروم أخر ويصاحب ذلك انطلاق طاقة تخزن في مركبات
ATP
• يستقبل الأكسجين الالكترونات ( كل ذرة أكسجين تستقبل 2 إلكترون وتصبح أيون سالب )
• يتحد أيون الأكسجين السالب مع 2 ايون هيدروجين موجب لتكوين جزئ ماء H2O
- كل جزئ NADH يعطي 3 ATP
- كل جزئ FADH2 يعطي 2 ATP

الفسفرة التأكسدية:
تكوين جزيئات ATP من جزيئات ADP وذلك بتخزين الطاقة الناتجة من حركة الالكترونات على مستويات الطاقة المتدرجة للسيتوكرومات

- وبناء على ذلك يمكننا حساب عدد جزيئات ATP الناتجة من أكسدة جزئ واحد من الجلوكوز في عملية التنفس
الهوائي كالأتي:
1- ينتج 4 ATP أثناء تحول 2 جزئ فوسفوجليسرالدهيد إلى 2 جزئ حمض البيروفيك ( يستهلك منها 2 ATP أثناء انشطار الجلوكوز إلى 2 جزئ
فوسفوجليسرالدهيد ويبقى 2 ATP )
2- ينتج أثناء مرحلة انشطار الجلوكوز 2 NADH التي ينتج عنها في سلسلة نقل الإلكترون6 ATP
3- ينتج 2 NADH أثناء أكسدة 2 جزئ حمض البيروفيك
إلى 2 جزئ أستيل والتي ينتج عنها في سلسلة نقل
الإلكترون6 ATP
* يصبح عدد جزيئات ATP =
14 في المرحلة ما قبل دورة كربس 

4- ينتج أثناء دورة كربس ( التي تتكرر مرتين ) 2 ATP
- 6 NADH (ينتج عنها في سلسلة نقل الإلكترون 18 ATP)
-FADH2 2 (ينتج عنها في سلسلة نقل الإلكترون4 ATP)

يصبح عدد جزيئات ATP = 24 في مرحلة دورة كربس

وبذلك تصبح الطاقة المنطلقة من أكسدة جزئ جلوكوز واحد بالتنفس الهوائي = 38 ATP

* التنفس اللاهوائي *
التخمر: تنفس بعض الكائنات الحية مثل البكتيريا والخميرة تنفسا لاهوائيا وذلك في حالة نقص أو انعدام الأكسجين .

- عملية التخمر لا تحتاج أكسجين ولكنها تتم في وجود مجموعة من الأنزيمات
1- تمر عملية التنفس اللاهوائي بنفس المراحل الأولى من التنفس الهوائي حيث يحدث انشطار الجلوكوز وتكوين 2 جزئ حمض بيروفيك ، وينتج عن ذلك 2 ATP ( يعاد استهلاك 2 NADH الناتجة أثناء انشطار الجلوكوز في التحولات التالية )
2- يتحدد تحول حمض البيروفيك في التنفس اللاهوائي حسب :
نوع الخلية :
أ‌- في الخلايا الحيوانية ( مثل خلايا العضلات ) تلجأ إلى التنفس اللاهوائي عند نقص O2
- يتحول حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك الذي يتراكم في العضلات مسببا التعب العضلي
- إذا توافر الأكسجين بعد ذلك فان حمض اللاكتيك يتحول إلى حمض البيروفيك مرة أخرى ثم أستيل
CO – A ليدخل في دورة كربس ويتغير التنفس اللاهوائي إلى التنفس الهوائي
ب‌- في بعض أنواع من البكتيريا يتحول حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك (مثل بكتيريا الزبادي) يعرف ذلك بالتخمر الحمضي
ج- في فطر الخميرة وبعض أنسجة النباتات يتحول حمض البيروفيك إلى كحول ايثيلي وينطلقCO2
يعرف ذلك بالتخمر الكحولي .

* التخمر الحمضي :
- يحدث في بعض العضلات وبعض أنواع من البكتيريا
- يتحول حمض البيروفيك إلى 2 حمض اللاكتيك و2 ATP
- تعتمد عليه صناعة الزبادي والجبن والزبد .

* التخمر الكحولي :
- يحدث في فطر الخميرة وبعض أنسجة النباتات
- يتحول حمض البيروفيك إلى 2 كحول ايثيلي و CO2 2 و 2 ATP
- تعتمد عليه صناعة الكحول .