السبت، 25 فبراير، 2017

قارن بين التنفس الخلوي والتخمر

التنفس الداخلي أو التنفس الخلوي هي مجموعة من التفاعلات الأيضية (الأيض) تحدث في الخلايا الحية لتحويل الطاقة الكيميائية الحيوية (و هي تفاعلات تستعمل الطاقة لتبسيط جزيئات معينة) حيث تستعمل الطاقة لتبسيط جزيء الأكسجين.

تحدث عملية التنفس الداخلي للخلايا الحيوانية والخلايا النباتية أيضاً، خلال هذه العملية تستعمل المواد الغذائية لإنتاج مركبات هامة منها الجلوكوز والأحماض الأمينية والدهون. الجدير بالذكر أن هناك بعض الكائنات الحية ذاتية التغذية مثل البكتريا تتمكن من إنتاج هذه المركبات من خلال وسائل أخرى حيث تستمل المركبات اللاعضوية كمتقبل للأكسجين، ومن ضمن هذه المركبات اللاعضوية الكبريت والميثان والأيونات الناتجة من المعادن، توجد العديد من الكائنات الحية تحتاج للأكسجين في عملية التنفس الذاتي تسمى "الهوائيات"، بينما بعضها لا يعتمد عليه وتسمى "اللاهوائيات"، وبهذا يقسم التنفس الداخلي إلى التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي.

تستعمل الطاقة الناتجة عن التنفس الداخلي لإنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات وهي صورة الطاقة التي يستطيع الجسم استعمالها، الطاقة الكامنة في مركب أدينوسين ثلاثي الفوسفات تستعمل لعدة وظائف منها التخليق البيولوجي (عملية إنتاج المواد الكيميائية) وحركة وتنقل الجزيئات عبر غشاء الخلية، نظراً لوجود أدينوسين ثلاثي الفوسفات الدائم في جسم الإنسان يطلق عليه أيضاً اسم "الطاقة الشاملة الدائمة ".
المقارنة بين التنفس و التخمر و التفسير


التنفس
- يحدث في الوسط الهوائي (وجود الـ o2)
- يتم فيه هدم كلي لمادة الأيض (الغلوكوز) و تحرير كلي للطاقة (إنتاج كمية معتبرة من الطاقة تقدر بـ 2840 كيلوجول)
- طرح الـ co2
التخمر
التركيب الضوئي والتنفس الخلوي 
photosynthesis & cellular respiration
3 
عملية التركيب الضوئي:
   6CO2 + 6H2O                           C6H12O6 + 6O2
ضوء ، كلوروبلاستيدات
هي عملية بناء يتم فيها إنتاج مواد عضوية ابتداءً من مواد غير عضوية (استيعاب طاقة) بوجود الضوء. تحدث في المنتجات ضوئية التغذية.
عملية التنفس الخلوي:
هي عملية هدم يتم فيها تحويل مواد عضوية إلى مواد غير عضوية لإنتاج الطاقة اللازمة لنشاطات الخلية المختلفة. 
+ جلوكوز O2                          CO2 + H2O طاقة +
4 
عملية التركيب الضوئي 
Photosynthesis
5 
هي عملية بناء (يتم تحويل مواد غير عضوية إلى مواد عضوية) تحدث في خلايا البكتيريا الزرقاء وفي الكلوروبلاستيدات في كل من الطحالب والنباتات العليا، حيث يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية الشمسية (الكلوروفيل يمتص خاصة الضوء الأزرق والأحمر) إلى طاقة كيميائية تخزن في روابط سكر الجلوكوز مع إطلاق الأكسجين (كل جزئ CO2 يدخل في المعادلة يقابله جزئ من الـ  O2 ناتج عن التفاعل)  وفق المعادلة التالية:
   6CO2 + 6H2O                           C6H12O6 + 6O2
ضوء ، كلوروبلاستيدات
حشوة
ثيلاكوئيد
جرانا
غشاء خارجي
غشاء داخلي
بلاستيدة خضراء
6 
عملية التركيب الضوئي
7 
عملية التركيب الضوئي
ضوء الشمس
8 
تتم عملية التركيب الضوئي على مرحلتين:
       مرحلة الضوء: تتم فقط بوجود الضوء داخل الثيلاكوئيد.
       مرحلة الظلام (دورة كيلفن): تتم بدون اشتراك الضوء داخل الحشوة.

H2O                              O2   +   2H2+    +     2e-                                                       
ATP  +  NADPH
أصباغ
NADP
CO2                      C6H12O6
  12H2O  +  6CO2                      6O2  +  6H2O  +  C6H12O6
مرحلة الظلام
مرحلة الضوء
ضوء ، كلوروبلاستيدات
الثيلاكوئيد
الحشوة
ضوء
إنزيمات
І
ІІ
9 
مرحلة الضوء
بلاستيدة خضراء
ضوء
مرحلة الضوء داخل الثيلاكوئيد
حشوة
І
10 
مرحلة الظلام
دورة كيلفن
بلاستيدة خضراء
ضوء
حشوة
سكر
مرحلة الظلام داخل الحشوة
ІІ
11 
عملية التركيب الضوئي
CO2
H2O
C6H12O6
جرانا
O2
طاقة شمسية
بلاستيدة
H2O  +  CO2  + ضوئية طاقة                 C6H12O6  +  O2
جلوكوز                                     ثاني أكسيد     ماء         أكسجين
الكربون            
حشوة
12 
عملية التنفس الخلوي 
נשימה תאית 
Cell Respiration
13 
تنفس خلوي  =   إنتاج الطاقة في الخلية.
تتم من خلال مراحل عديدة من تفاعلات التأكسد والإختزال، وذلك لمنع انتاج كمية كبيرة من الطاقة مرّة واحدة التي لو حدث ذلك لأحدثت ضرر كبير في الجسم.
14 
تنفس: مسلك بيوكيماوي يتم فيه تحليل المواد العضوية لمواد غير
        عضوية لإنتاج الطاقة اللازمة لنشاطات الخلية المختلفة. 
تخمر: مسلك بيوكيماوي يتم فيه تحليل المواد العضوية لمواد
         عضوية ذات درجة تعقيد أبسط منها (تحلل جزئي) كمصدر
                للطاقة اللازمة لنشاطات الخلية.
15 
 
adenosine

Pi

Pi

Pi
الـ ATP
16 

Pi
 
adenosine

Pi

Pi

+
 
adenosine

Pi

Pi

Pi
إنزيمات
طاقة مصدرها التنفس الخلوي          
رباط غني بالطاقة
ADP
ATP
بناء الـ ATP
17 

Pi
 
adenosine

Pi

Pi

+
تحرير طاقة تستغل مباشرة من الخلية
ATP
ADP
إنزيمات
 
adenosine

Pi

Pi

Pi
هدم الـ ATP
18 
تلخيص
ATP

تحرير طاقة
 
تنفس خلوي

أنشطة الخلية


إستيعاب طاقة
ADP + Pi
19
20 
تصنيف الكائنات الحية حسب الحاجة للأكسجين
كائنات حية من حيث
الحاجة للأكسجين
كائنات هوائية
كائنات لا هوائية
إنزيم كتالاز
إختيارية
إجبارية
H2O2
يوجد لديها
يوجد لديها
تقسم لـ
تقسم لـ
H2O
O2
E.coli
في المجاري تنفس هوائي
في الأمعاء تخمر
مثلاً
التيتانوس
يحلل
مثلاً
إلى
إلى
تعيش في التربة
21 
التنفس الهوائي

تنفس هوائي = تنفس خلوي بوجود O2 .
22 
يُستغل الجلوكوز في الخلية في عملية التنفس الخلوي الهوائية على مرحلتين، تكمل إحداهما الأخرى:
1.  المرحلة اللاهوائية (الجليكوليزا)
2.  المرحلة الهوائية:    
       دورة كريبس   

       سلسلة نقل الألكترونات   
23 
جلوكوز
(C6H1206)
+
أكسجين
(02)
جليكوليزا
دورة كريبس
سلسلة نقل
الألكترونات
ثاني أكسيد الكربون
(CO2)
+
ماء
(H2O)
+
38ATP
التنفس الخلوي الهوائي
على الغشاء الداخلي للميتاكوندريا
داخل حشوة الميتاكوندريا
داخل السيتوبلازم
24 
المرحلة اللاهوائية - الجليكوليزا
25 
       مشتركة عند جميع الكائنات الحية: الهوائية واللاهوائية.

       تتم في ستوبلازم الخلية.

       تتم بدون اشتراك الأكسجين.

       يتحلل فيها الجلوكوز بشكل جزئي.

       الناتج النهائي:

2 ATP
2 H2O
 2 بيروفات
  2 NADH
2 H+
+
+
+
+
26 
جلوكوز + 2ADP + 2Pi + 2NAD                       
                                       2بيروفات + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
27
28 
الطاقة في الجليكوليزا
29 
الجليكوليزا
30 
الجليكوليزا
31 
جليكوليزا
جلوكوز
بيروفات
سيتوبلازم
ميتاكوندريا
الجليكوليزا تحدث في السيتوبلازم
32 
في الجليكوليزا، يتم تحليل الجلوكوز جزئياً، في السيتوبلازم) مع إنتاج جزيئين من حامض البيروفيك.
كمية الطاقة الناتجة قليلة
2 ATP


إنزيمات

2 حامض البيروفيك
جلوكوز
الجليكوليزا لا تحتاج إلى أكسجين
33
34 
المرحلة الهوائية
35 
المرحلة الثانية: تحليل البيروفات
       ينتج البيروفات في المرحلة الأولى (الجليكوليزا، في السيتوبلازم) وهو غني بالطاقة.
       في المرحلة الثانية يتحلل البيروفات ليحرر ما تبقى من الطاقة الكامنة فيه فقط بوجود الـ O2 (في الميتاكوندريا وإنتاج 36ATP)):

       دورة كريبس
       سلسلة نقل الألكترونات
36 
مبنى الميتاكوندريا
الحشوة
الفراغ بين الغشاءين
الغشاء الداخلي
الغشاء الخارجي
37 
         جلوكوز
بيروفات
أستيل CoA
دورة كريبس
ميتاكوندريا
سيتوبلازم
بوجود O2 تنفس خلوي
بعدم وجود O2  تخمر
كحول إثيلي أو 
حامض لاكتيك
38
39
40 
كمية كبيرة من الطاقة تتحرر: (36 ATP)
إنزيمات
البيروفات

CO2 + H2O
بوجود الـ O2 يتحلل البيروفات في الميتاكوندريا:
41 
دورة كريبس
جليكوليزا
جلوكوز
بيروفات
التنفس الهوائي – دورة كريبس
ميتاكوندريا
سيتوبلازم
2
36
حشوة
42 
دورة كريبس
43
44 
الغشاء الداخلي للميتاكوندريا
الفراغ بين الغشاءين
الغشاء الداخلي
الحشوة
بروتين ناقل للألكترون
سلسلة نقل الألكترونات = 34 ATP
سلسلة نقل الألكترونات
أكسدة فوسفورية (تكوين (ATP
45 
ATP
ATP
ATP
Energy from electrons
O2
سلسلة نقل الألكترونات
المستلم النهائي للألكترونات
H2O
46
47 
التنفس الهوائي
ميتاكوندريا
سيتوبلازم
2
2
34
دورة كريبس (تحدث في الحشوة)
جليكوليزا
بيروفات
جلوكوز
سلسلة نقل الألكترونات (تحدث على الغشاء الداخلي)
 ناقل الألكترونات
NADH
نواقل الألكترونات
NADH & FADH2
48 
ATP تلخيص إنتاج الـ
36 ADP + 36 Pi =
36 ATP
جلوكوز


حامض البيروفيك




CO2 + H2O
2 ADP + 2 Pi =
2 ATP
جليكوليزا في السيتوبلازم، بدون استهلاك O2
في الميتاكوندريا وبوجود الـ O2 (دورة كريبس + سلسلة نقل الألكترونات)
49 
تلخيص إنتاج الـ ATP في المرحلتين
في المرحلتين، اللاهوائية والهوائية، يتم تحرير جميع الطاقة الكامنة في جزئ واحد من الجلوكوز مع إنتاج  38 ATP
2 ATP من الجلوكوز            بيروفات  (في السيتوبلازم بدون O2 )
36 ATP من البيروفات           CO2 + H2O (في الميتاكوندريا بوجود الـ O2)
المجموع   38 ATP
50
51 
في التنفس الهوائي مستلم الألكترونات النهائي هو الـ O2
52 
أحماض دهنية + جليسرول
دهن
سكريات متعددة
بروتينات
جلوكوز  وسكريات أخرى
أحماض أمينية
І
ІІ
ІІІ
دورة كريبس
فسفرة تأكسدية
أستيل- CoA
أحماض دهنية + جليسرول
دهن
سكريات متعددة
بروتينات
جلوكوز  وسكريات أخرى
أحماض أمينية
І
ІІ
ІІІ
دورة كريبس
فسفرة تأكسدية
أستيل- CoA
أمونيا
53 


   التخمر 
54 
         جلوكوز
بيروفات
أستيل CoA
دورة كريبس
ميتاكوندريا
سيتوبلازم
بوجود O2 تنفس خلوي
بعدم وجود O2  تخمر
كحول إثيلي أو 
حامض لاكتيك
55 
التخمر
في التخمر (عند عدم تواجد O2 وتتم في السيتوبلازم) يتم تحليل جزئي للمادة العضوية مع إنتاج مواد عضوية أبسط منها ولكنها غنية بالطاقة.هناك نوعان:
جلوكوز
2حامض البيروفيك
2 حامض الحليب
2 حامض البيروفيك
جلوكوز
2 كحول إثيلي + 2 CO2
         تخمر مع إنتاج حامض الحليب: تحدث في العضلات عند الجهد الجسماني.

         تخمر مع إنتاج كحول إثيلي و CO2: تحدث خاصة في الكائنات الدقيقة.
56 
جليكوليزا: لا تحتاج إلى O2
في حالة عدم وجود الـ O2 أو في حالة قلة وجوده ينتج حامض اللاكتيك عن حامض البيروفيك




حامض البيروفيك

حامض اللاكتيك

جلوكوز
2 ADP + 2 Pi
2 ATP
57 
تخمر مع إنتاج حامض الحليب: تحدث في العضلات عند الجهد الجسماني، في بكتيريا الحليب وتستعمل في صناعة الأجبان.
عند توافر الـ O2 يعود حامض الحليب إلى حامض البيروفيك.
نقص الـ O2
وجود الـ O2
                جلوكوز        

          حامض البيروفيك
حامض الحليب
58 
تخمر مع إنتاج 2كحول إثيلي و 2CO2: تحدث خاصة في الكائنات الدقيقة.
يحدث لدى الخميرة ويُستغل في إنتاج الخبز والكحول.
59 
جليكوليزا
في حالة عدم وجود الـ O2



جلوكوز






حامض البروفيك

2كحول إثيلي + 2CO2
This is irreversible
2 ADP + 2 Pi
2 ATP
60 
في التخمر مستلم الألكترونات النهائي هو البيروفات
61 
جلوكوز
جليكوليزا
2 بيروفات
تخمر
في التخمر الكحولي: 2كحول إثيلي + 2CO2
في تخمر الحليب: 2 حامض الحليب
في السيتوبلازم
تلخيص تخمر الكحول والحليب
62 
جلوكوز أو سكر آخر
مرحلة لاهوائية
حامض البيروفيك
كحول إثيلي
حامض الحليب
حامض الخليك
حامض الليمون
حامض الزبدة
  2 ADP + 2 Pi
2 ATP
أنواع التخمر المختلفة
63 
مقارنة بين التنفس الهوائي والتخمر
تنفس هوائي
تخمر
      عند الحيوانات وبكتيريا الحليب
(عند النبات) والخميرة
يحتاج إلى O2 ؟
نعم
لا
لا
يحتاج إلى جليكوليزا ؟
نعم
نعم
نعم
الكمية الناتجة من الـ ATP
38ATP
2ATP
2ATP
يتحلل الجلوكوز بالكامل؟
نعم
لا
لا

النواتج النهائية
CO2 + H2O
حامض الحليب
كحول إثيلي و CO2
64 
بكتيريا هوائية إجبارية
بكتيريا تستطيع العيش فقط بتواجد كمستلم أخير للألكترونات في سلسلة نقل الألكترونات (شبيه بالكائنات الراقية).
65 
بكتيريا لا هوائية إختيارية
بكتيريا تتنفس تنفس هوائي بوجود الـ O2 وتخمر بعدم وجوده. 
بكتيريا E.Coli 
بكتيريا السلمونيلا
بكتيريا الكوليرا
مثل:
66 
بكتيريا لا هوائية إجبارية (تخمر)
بكتيريا تستطيع العيش فقط في ظروف ينعدم فيها الأكسجين (تخمر فقط). 
لتواجد الـ O2 في البيئة يوجد تأثير سام على هذه البكتيريا بسبب نقص إنزيم الكتلاز لديها (بينما متواجد في البكتيريا الهوائية واللاهوائية الإختيارية) والذي يحلل الـ  H2O2 السام(فوق أكسيد الهيدروجين والذي هو ناتج ثانوي لتواجد الأكسجين في الوسط) لـِ O2 وَ H2O.
مثل:
بكتيريا الكلوستريديوم
بكتيريا الحليب
67 
التنفس اللاهوائي
68 
مستلم الألكترونات النهائي هي مواد كيماوية غير الأكسجين، مثل أكاسيد الكبريت أو السلفات، ويوجد تحليل تام للجلوكوز.
يوجد لدى هذه البكتيريا دورة كريبس وسلسلة نقل الألكترونات.
هذه المستلمات تتواجد بمستوى طاقة أعلى من الأكسجين ولذلك فرق الطاقة يكون أقل، مما يسبب لتكون كمية أقل من الـ ATP ولكن هذه الكمية أفضل بكثير مما في التخمر.
بكتيريا نزع النيتروجين تقوم باختزال النيترات لنيتروجين غازي.
أنواع من البكتيريا العصوية تقوم باختزال الحديد.
لدى بكتيريا الميثان يشكل CO2 مستلم للألكترونات والذي يختزل لغاز الميثان CH4
69 
جلوكوز +  O2
CO2 + H2O
ميتاكوندريا
كلوروبلاستيدة خضراء
المصدر المباشر للطاقة في الخلايا
طاقة ضوئية
العلاقة بين عمليتي التركيب الضوئي والتنفس الخلوي 
طاقة حرة
+
70
71 
التركيب الضوئي
التنفس الخلوي
الوظيفة
يستوعب طاقة
يطلق طاقة
مكان حدوثها
بلاستيدات
ميتاكوندريا
مواد الأساس
CO2 & H2O
C6H12O6 & O2
النواتج
C6H12O6 & O2
CO2 & H2O
المعادلة
6CO2 + 6H2O ضوء> C6H12O6 + 6O2
6O2 + C6H12O6  6CO2 +6H2O + طاقة
مقارنة بين عمليتي التركيب الضوئي والتنفس الخلوي
72

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق