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