تسمى العملية التي ينتج عنها تحرير الطاقة عندما لا تتوافر كميات كافية من الأكسجين

تعتبر العملية التي تؤدي إلى إطلاق الطاقة عند عدم كفاية الأكسجين أحد الأسئلة الأكثر شيوعًا التي يطرحها الكثير من الناس، وخاصة طلاب العلوم والبيولوجيا وأولئك الذين يدرسون الخلايا على نطاق واسع.الخلية في طور التحول إلى التنفس الهوائي، والذي يحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة يمكن أن تستخدمها الخلية، وتعتمد على الأكسجين، ولكن ماذا يحدث عندما لا يتوفر أكسجين كافٍ سنجيب على هذا بالتفصيل.

تسمى العملية التي تؤدي إلى إطلاق الطاقة عند عدم وجود أكسجين كافٍ بالأكسجين

الجواب هو التنفس اللاهوائي، حيث تحدث هذه العملية في غياب الأكسجين، والتنفس اللاهوائي هو المصدر الوحيد للطاقة في الخلية 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.[1]

ملامح التنفس الهوائي

التنفس الهوائي هو العملية التي تحصل بها الخلية على الطاقة التي تحتاجها بوجود كمية كافية من الأكسجين، ويتميز التنفس الهوائي بعدة خصائص وهي[1][2]

• يحدث التنفس الهوائي في جميع النباتات والحيوانات والطيور والبشر باستثناء عدد قليل من بدائيات النوى البدائية.
• في التنفس الهوائي، يعمل الأكسجين كمتقبل للإلكترون يساعد على إنتاج الطاقة بشكل أكثر كفاءة وسرعة.
• تتمتع الرابطة المزدوجة في الأكسجين بطاقة أعلى من الروابط الأخرى، مما يساعد على إنتاج المزيد من ATPs.
• التنفس الهوائي هو الشرح طريقة المفضلة لتحطيم البيروفات بعد تحلل السكر. يدخل البيروفات إلى الميتوكوندريا ليتأكسد بالكامل خلال دورة كريبس.
• يستخدم التنفس الهوائي بشكل أساسي في أكسدة الكربوهيدرات. لكن المواد مثل الدهون والبروتينات تستخدم أيضًا كشركاء في التفاعل.
• ثاني أكسيد الكربون والماء هما نتاج التنفس الهوائي إلى جانب الطاقة المستخدمة لإضافة مجموعة فوسفات ثالثة إلى ADP وتشكيل ATP.
• يتم تحويل الجزيئات الأخرى عالية الطاقة مثل NADH و FADH2 إلى ATP عبر سلسلة نقل الإلكترون مع الأكسجين والبروتونات.
• أثناء التنفس الهوائي، يتم إنتاج معظم ATPs أثناء الفسفرة المؤكسدة، والتي تستخدم طاقة جزيء الأكسجين لضخ البروتونات من غشاء الخلية.
• ينتج التنفس الهوائي 38 جزيء طاقة، وهو عدد كبير مقارنة بالتنفس اللاهوائي.

خصائص التنفس اللاهوائي

التنفس اللاهوائي هو عملية تحدث عندما لا تحتوي الخلية على كمية كافية من الأكسجين أو لا تحتوي على أكسجين. يتميز التنفس اللاهوائي بعدة خصائص مثل[1][2]

• في التنفس اللاهوائي، يمكن أن يكون متقبل الإلكترون عبارة عن أيون كبريتات (SO4-)، أو أيون نترات (NO3-)، أو مجموعة متنوعة من الجزيئات الأخرى.
• من المعروف أن بعض الكائنات الحية، التي تسمى الميثانوجينات، تستخدم ثاني أكسيد الكربون كمتقبل للإلكترون وتنتج الميثان كمنتج ثانوي.
• وبالمثل، تستخدم مجموعة أخرى من بكتيريا الكبريت الأرجواني الكبريتات كمستقبل للإلكترون، وتنتج كبريتيد الهيدروجين كمنتج ثانوي.
• تعيش هذه الكائنات الحية في بيئات منخفضة الأكسجين، وبالتالي تختار مسارات لاهوائية لتفكيك الطاقة الكيميائية.
• يشبه التنفس اللاهوائي التنفس الهوائي حيث تدخل الجزيئات في سلسلة نقل الإلكترون لترحيل الإلكترونات إلى متقبل الإلكترون النهائي.
• تمتلك مستقبلات الإلكترون النهائية المشاركة في التنفس اللاهوائي إمكانية اختزال أقل لجزيئات الأكسجين، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاج الطاقة. ومع ذلك، فإن التنفس اللاهوائي ضروري للدورات البيوجيوكيميائية للكربون والنيتروجين والكبريت.
• النترات، التي تعمل كمستقبل للإلكترون في التنفس اللاهوائي، تنتج غاز النيتروجين كمنتج ثانوي. فقط من خلال هذه العملية يدخل النيتروجين الصلب إلى الغلاف الجوي.
• التخمر هو مسار آخر للتنفس اللاهوائي حيث يكون المسار الوحيد لاستخراج الطاقة هو التحلل السكري ولا تتم إعادة أكسدة البيروفات عبر دورة كريبس.
• يحدث التنفس اللاهوائي في العديد من البيئات مثل المياه العذبة والتربة وأسطح البحار العميقة. تستخدم بعض الميكروبات في البيئات الغنية بالأكسجين أيضًا التنفس اللاهوائي لأن الأكسجين لا يمكن أن ينتشر بسهولة عبر سطحها.

ما هو التنفس الخلوي وأنواع ومراحل التنفس الخلوي بالتفصيل

أخيرًا، أجبنا على سؤال يسمى العملية التي تؤدي إلى إطلاق الطاقة عند عدم توفر كميات كافية من الأكسجين، كما قمنا بالتفصيل حول عملية التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي وخصائص كل منهما.

1. ^ملاحظات الميكروب، التنفس الهوائي مقابل التنفس اللاهوائي – التعريف، 11 اختلافات، أمثلة 27.1.2024
2. ^CK-12، 2.30 التنفس اللاهوائي والهوائي 27.1.2024