تعرف علي الفرق بين التخمر والتنفس الخلوي 2024

تختلف الآلية التي تنتج بها الكائنات الحية طاقتها بشكل كبير. بعضهم يستخدم مواد عضوية والبعض الآخر ينتجها من مواد غير عضوية. تحدث العديد من العمليات في أجسام الإنسان والحيوان، وكذلك في النباتات، لإنتاج الطاقة اللازمة. للحفاظ على الحياة والقيام ببقية العمليات الحيوية في مختلف الكائنات الحية. على الأرض يتساءل الكثير من الناس عن الفرق بين التخمر والتنفس الخلوي وما الحكمة من هاتين الآليتين؟ أهمية كل واحد منهم في حياة الإنسان.

وتشترك العمليتان في أنهما آليات إنتاج الطاقة في الخلية الحية، إلا أن هناك العديد من الاختلافات التي تميز كل عملية عن الأخرى، والتي يمكن تلخيصها فيما يلي:

• عندما ننظر إلى مكونات الخلية نجد العديد من العضيات بما في ذلك الميتوكوندريا والسيتوبلازم ومن ثم نرى أن الفرق الأول بين الآليتين هو أن
  
  التخمير
  
  ويحدث في السيتوبلازم في الخلية، في حين
  
  التنفس الخلوي
  
  ويحدث هذا داخل الميتوكوندريا.

• وبمقارنة كمية الطاقة الناتجة عن العمليتين، نرى أن التنفس الخلوي ينتج كمية أكبر من التخمر.

• أما بالنسبة للنتائج،
  
  التنفس الخلوي
  
  وينتج ثاني أكسيد الكربون والماء
  
  التخمير
  
  وتختلف منتجاتها حسب نوع الخلية ونوع المادة المستخدمة أثناء التخمير.

• صنف
  
  عملية التنفس الخلوي
  
  هناك نوعان، الأول هو التنفس الهوائي والثاني هو التنفس اللاهوائي، بينما…
  
  التخمير
  
  هذا هو التنفس اللاهوائي البحت.

• التخمير
  
  يتضمن ذلك إنتاج وتخزين العناصر الغذائية المخصصة لإنتاج الطاقة
  
  التنفس الخلوي
  
  ينتج الطاقة بشكل مباشر.

• تتم عملية التنفس الخلوي من خلال أكسدة المواد لإنتاج الطاقة، بينما تتم عملية التخمر من خلال تقويض وتكسير المواد العضوية مثل الجلوكوز.

إنتاج الطاقة في الكائنات الحية

لقد عمل علماء الأحياء بجد لإيجاد طرق مختلفة لإنتاج الطاقة بين الكائنات الحية على سطح الأرض. واكتشفوا أن كل نوع له طريقة معينة، بل ويستخدم مواد مختلفة عن بقية الكائنات الحية. ولتوضيح ذلك يمكننا تقسيمه إلى ما يلي:

• يستخدم جميع أعضاء المملكة النباتية ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون ومياه التربة والأملاح لإكمال العملية.
  
  “البناء الضوئي”
  
  وهو أساس إنتاج الطاقة للنباتات، فنرى أن جميع المواد غير عضوية.

• كائنات تتغذى على النباتات كغذاء رئيسي لها وهي جزء من المملكة الحيوانية، تجدها تستخدم ضوء الشمس إلى جانب النباتات لإنتاج الطاقة التي تضمن لها البقاء.

• أما الإنسان الذي يستخدم النباتات والكائنات التي تتغذى عليها كالحيوانات، فإن المواد العضوية الناتجة عن هضم هذا النوع من الغذاء تشكل المدخل الرئيسي لعمليات إنتاج الطاقة.

• وهذا هو الهرم الذي يعبر عن النظم الغذائية، والذي يمثل الطبقة الأولية التي تتغذى منها الطبقة الثانوية، وكلاهما يستهلك الطبقة الثالثة في دورة لا نهاية لها طوال مدة الحياة.

آلية التنفس الخلوي

هذه هي الطريقة الأساسية لإنتاج الطاقة في جميع الخلايا الحيوية باستثناء خلايا الدم الحمراء لأنها لا تحتوي على الميتوكوندريا. وهي المسؤولة عن إنتاج الطاقة اللازمة لجميع العمليات الحيوية التي يقوم بها الجسم، وذلك عن طريق تفتيت جزيئات الجلوكوز إلى أشكال مختلفة تولد الطاقة سواء بوجود الأكسجين أو بوجود الأكسجين.. عدم وجوده.

مراحل التنفس الخلوي

وقد واجه العلماء العديد من التناقضات من أجل وضع خطوات واضحة وشاملة لهذه العملية، مما دفعهم إلى ثلاث خطوات رئيسية يمكن تلخيصها في النقاط التالية:

خطوة “تحليل الجلوكوز”:

• ويعرف علميا باسم ”
  
  تحلل السكر
  
  “هذه هي الخطوة الأولى التي تتضمن عشرة تفاعلات كيميائية.

• ويتحول كل جزيء جلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك، ويحدث هذا التحول في سيتوبلازم الخلية.

• ويتحول “NAD+” أيضًا إلى “NADH”، وهو الشكل المخفض، ويتم إنتاج جزيئين من “فوسفات ثلاثي الأدينوسين” من التحويل.
  
  اعبي التنس المحترفين
  
  وهذا ما يسمى “عملة الطاقة” للخلية.

• بعد ذلك، يدخل حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا ويتحول إلى “أسيتيل Co-A”، وتسمى هذه الخطوة “أكسدة حمض البيروفيك” أو “تفاعل النقل”.

مرحلة “دورة كريب”:

• وهذه هي الخطوة الثانية التي يتم فيها ربط جميع ذرات الهيدروجين “أسيتيل Co-A” بذرات الأكسجين.

• وينتج عن ذلك أربعة جزيئات من “ATP” وجزء واحد من “NADH”. وهذا ينتج أيضًا الماء وثاني أكسيد الكربون.

مرحلة “سلسلة النقل الإلكتروني”:

• وتعتبر الأعقد على الإطلاق، من بين جميع المراحل، التي تحدث من خلالها عدة تفاعلات، يتم خلالها انتقال الإلكترونات المنطلقة من “
  
  ناد
  
  “من خلال سلسلة من النواقل، يتم إنتاج الأكسجين والماء في نهاية المطاف.

• وخلال هذه التفاعلات تفقد الإلكترونات بعضا من الطاقة المستخدمة لإنتاج اثنين وثلاثين جزيئا من الـ “ATP”، وتسمى هذه العملية “الفسفرة التأكسدية”.

أنواع التنفس الخلوي

وقد صنف العلماء آلية هذه العملية إلى طريقتين مختلفتين حسب وجود الأكسجين، وهما كما يلي:

التنفس الهوائي

• يحدث هذا النوع فقط في وجود الأكسجين ويعتبر ميزة للخلايا حقيقية النواة عندما يكون لديها ما يكفي من الأكسجين والجلوكوز.

• يحدث تحلل السكر في السيتوبلازم وبقية التفاعل في الميتوكوندريا.

• وتنتج ATP والماء وثاني أكسيد الكربون.

• يطلق ستة وثلاثين جزيء “ATP”.

التنفس اللاهوائي

• ويحدث هذا النوع في غياب الأكسجين وهو نوع التخمر الذي يحدث داخل الخلايا الحية. وهو نوع مميز للبكتيريا اللاهوائية، حيث يتيح لها الحصول على كمية من الطاقة من الجلوكوز وحده.

• يحدث هذا في السيتوبلازم في الخلية.

• وينتج حمض اللبنيك وATP في الحيوانات أو ATP والإيثانول وثاني أكسيد الكربون في الخميرة.

• يطلق جزيئين ATP فقط.

ما هي آلية التخمير؟

إنها عملية تحويل الجلوكوز إلى حمض اللاكتيك في غياب الأكسجين. ويمكن تقسيم هذه العملية إلى خطوتين أساسيتين كما يلي:

• التخمير الأولي:
  
  وفي هذه المرحلة تبدأ الكائنات الحية الدقيقة “الخميرة” باستغلال المواد السكرية خلال وقت قصير جداً وتحويلها إلى كحولات وأحماض مثل “اللاكتيك” لوقف نمو البكتيريا الضارة عليها.

• التخمير الثانوي:
  
  وتستغرق هذه المرحلة وقتا أطول، من بضعة أيام إلى بضعة أسابيع، ثم تبدأ الخمائر في التحلل بسبب قلة موارد السكر وارتفاع نسبة الكحول. وبمجرد وصول نسبة الكحول إلى ما بين 12 و15% تموت جميع الخمائر.

• تبدأ عملية التقطير بإخراج الماء والحصول على نسبة عالية من الكحول، وهذه هي الطريقة المستخدمة في صنع المشروبات الكحولية.

استخدامات التخمير

ومن الجدير بالذكر هنا أن الميكروبات المسؤولة عن عملية التخمر هي الخمائر والعفن (الفطريات) وأنواع معينة من البكتيريا، وقد تم استغلال ذلك في العديد من الصناعات، ويمكن تفسير ذلك من خلال ما يلي:

• الصناعات الغذائية مثل الخبز والجبن والزبادي.

• صناعة المشروبات الكحولية مثل النبيذ المصنوع من تخمير السكر من عصير العنب والبيرة الناتجة عن تحلل السكر إلى كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون.

• الصناعات الدوائية، مثل البنسلين، الذي يتم إنتاجه بفضل عمل فطر البنسليوم على تحلل السكريات والأملاح المعدنية.

تختلف طريقة إنتاج الطاقة من خلية إلى أخرى ومن كائن حي إلى كائن حي، وذلك اعتماداً على عدة مكونات أهمها الأكسجين والعضو المسؤول عن بدء العملية مثل الميتوكوندريا والسيتوبلازم، ومن هنا نستنتج

الفرق بين التخمر والتنفس الخلوي

ونتعرف على كمية الطاقة التي تنتجها كل عملية على حدة، ونتائج هذه العمليات، بالإضافة إلى الاستخدامات العديدة للتخمير، والتي ساهمت في العديد من مجالات الغذاء والدواء المختلفة.