التنفس Respiration

التنفس
Respiration
تستمد الكائنات الحية الطاقة المخزونة فى المركبات العضوية وذلك اثناء اكسدتها وتفتيتها فتنطلق الطاقة المخزنة على حالة طاقة نشطة تستغل فى العمليات الحيوية المختلفة وكذلك فى تنشيط بعض المركبات الكيماوية لتكوين مركبات جديدة تساهم فى زيادة كمية البروتوبلازم وبالتالى نمو الكائن الحى وتعرف عملية تفتيت وأكسدة المركبات العضوية وانطلاق الطاقة المخزنة بها على حالة طاقة حرة بعملية التنفس وعلية فالتنفس هو عملية أكسدة واختزال تحدث فى جميع الخلايا الحيه فتسبب انطلاق الطاقة الكامنة فى المواد المتفاعلة على حالة طاقة نشطة وبالتالى فهى عكس عملية البناء المعروفة بالتمثيل الضوئى وتعطى نواتج عكسية كما فى البيان التالى .
عملية نقل الطاقة داخل النباتات

الطريقةالعامة لنقل الطاقة في الكائنات الحية تعتمد علي وجود مركبات مفسفرة Phosporylated Compounds مثل مركبات ATP) diphosphate (ADP) , ( Adenosine triphosphate Adenosine تستطيع تخزين الطاقة ونقلها . الشق الأساسي في هذه المركبات هو مركب الادينوزين الذي يتكون من مركب Purines المرتبط بسكر الريبوز وثلاث مجموعات من حمض الفوسفوريك كما فى حالة ATP ومجموعتين من الحمض فى حالة ADP ويتم الأرتباط برابطة استر .
وعند تحلل ATP بتأثير الانزيم المناسب ينتزع شق الفوسفات الطرفي وينتج عن ذلك كمية من الطاقة تعادل000,12سعر لكل جزئ وهي نفس الكمية من الطاقة التي تنتج من تحلل ADP لينتج AMP , أما شق الفسفور في AMP عند تحلله الي حمض ادينليك ينتج عنة طاقة أقل نسبيا من الطاقة السابقة تقدر ب 3000 سعر لكل جزئ
من المفيد ان نسأل أنفسنا عن سبب الفرق الكبير نسبيا في الطاقة الحرة المنفردة من تحلل ATP عن المنفردة من تحللAMP والسبب يرجع الي أن ذرات الأوكسجين في جزئ البيروفوسفات فى ATP و ADP تحمل شحنات سالبة جزيئية كما تحمل ذرات الفوسفور شحنات موجبة وبذلك تلزم وجود كمية كبيرة من الطاقة للتغلب على التنافر بين الشحنات الكهربية المتماثلة على ذرات الأوكسجين وذرات الفوسفور وتنطلق الطاقة عند تحلل تلك المركبات وتعرف الرابطة بين جزيئات البيروفوسفات السابقة الذكر بالروابط الغنية بالطاقة energy- rich phosphate bond ويمكن لمركب مثلADP من تخزين الطاقة عن طريق ربطة مجموعة فوسفات اليه ليكون ATP أثناء عملية التنفس ليقوم هو مرة آخري الي منحها الي مركب آخر في تفاعل حيوي آخر

مكان حدوث التنفس
يحدث التنفس فى عضويات صغيرة تعرف بالميتاكوندريا هى بمثابة بيت الطاقة حيث تحتوى على انزيمات التنفس وهى أجسام محاطة بوحدتين غشائيتين يضمان بداخلهما الحشوة و أنزيمات دورة كربس ومركبات عديدة من نواتج التفاعلات الأنزيمية والسيتوكرومات ويلاحظ كثافة الميتوكوندريا في الخلايا النشطة مثل الخلايا الميرستيمية حيث تسود بها الميتوكوندريا . ونظرا لاحتواء الميتوكوندريا علي DNA فان لها القدرة علي الانقسام دون الأعتماد علي النواة .
التحولات التي تحدث اثناء عملية التنفس :
أثبتت الأبحاث تشابة عملية التنفس في جميع الكائنات الحية. ويقسم التنفس الي نوعين من التنفس اللاهوائي في غياب الأوكسجين والتنفس الهوائي .
التنفس الهوائى
وتقسم الخطوات التي يمر بها نوعي التنفس الي مرحلتين رئيستين هما :-
1) الجلكزهGlycolysis وفيها تتحول السكريات السداسية (الهكسوزات) الي حامض البيروفيك Pyruvic acid و تتم هذة المرحلة في كلا من التنفس الهوائي واللاهوائي . علي أن هذة المرحلة غير هوائية .
2) المرحلة الثانية يتحول حامض البيروفيك الي :
 كحول ايثايل وثاني اكسيد الكربون كما في الخميرة ويطلق علي هذة العملية عملية التخمر وتتم في غياب الأوكسجين
يتحول حمض البيروفيك الي حمض اللاكتيك كما في عضلات الحيوان
يتحول حمض البيروفيك الي ثاني اكسيد الكربون والماء وذلك في وجود الأوكسجين وفي جميع الاحوال تنفرد الطاقة

آولآ : الجلكزة Glycolysis
تبدأ تفاعلات تحليل الجليكوجين والنشا بالتحلل الفوسفورى بواسطة انزيم الفوسفويليز الذي يحلل الرابطة الجليكوسيدية 1-4 عند الطرف الغير مختزل بجزئ النشا أو الجليكوجين . ويقوم انزيم الفوسفوريليز بتحلل سلسلة الاميلوبكتين المتفرعة بنسبة 55 % لعدم امكان تخطي الرابطة 1-6 وينتج عن ذلك الدكسترين الحدي . ثم يتحول فوسفات 1- جلوكوز الي فوسفات – 6 – جلوكوز بواسطة انزيم Phosphoglucomutase في وجود المغنسيوم اما الجلوكوز الغير مفسفر فلابد لة من الفسفرة باستخدام ATP عن طريق انزيم Hexokinase ثم يتحول فوسفات6–فركتوز بواسطة انزيم Phosphohexoisomerase ثم يقوم انزيم Phosphofructokinase بفسفرة فوسفات 6- فركتوز الي فوسفات 1، 6 فركتوز , عندئذ يتفكك ثنائي فوسفات الفركتوز الي مركبين كل منهما يتكون هيكلة الكربونس من ثلاث ذرات كربون هي : فوسفات ثنائي هيدروكسى اسيتون وفوسفات الدهيد الجليسرول بواسطة انزيم Aldolase يقوم انزيم Phosphate triose isomerase بتحول فوسفات هيدروكس الاسيتون الي 3 فوسفو الدهيد الجليسرول .
ثم يحدث اول تفاعل بة اكسدة حيث يتأكسد فوسفات الدهيد الجليسرول و يختزل NAD وتتحول مجموعة الالدهيد نتيجة للأكسدة الي حمض ويستخدم جزء من الطاقة التي تنطلق في تكوين ATP .
يقوم انزيم Phosphoglyceromutase بتحول 3 فوسفوالجليسريك الي 2 فوسفوالجليسريك في وجود المغنسيوم .
ويتم نزع الماء من المركب السابق في وجود انزيم enolase فيتكون فوسفواينول البيروفيك . ثم يقوم أنزيم Pyruvic kinase بدور العامل المساعد في تحو ل الصورة الاينولية لحمض البيروفيك الي الصورة الكيتونية الاكثر ثباتا و يستخدم جزء من الطاقة الناتجة في فسفرة ADP الي ATP .

وبذلك تنتهي الجلكزة وينتج عنها 4 جزيئات منATP في حين يستهلك خلالها جزيئان فتكون المحصلة جزيئان فقط من ATP . بعد ذلك يدخل حمض البيروفيك في التخمر الكحولي أو التخمر اللاكتيك ليتم التنفس اللاهوائي أو يدخل حمض البيروفيك في دورة السترات ليتتم التنفس الهوائي .