التمثيل الغذائي الخلوي

تحتاج الخلية لكي تقوم بعملياتها الحيوية اليومية شكل مستمر ومنتظم الى طاقة والتي تتمثل في الـ ATP  ويحتاج جسم الكائن الحي ايضا إليها لكي يستطيع الحركة واستمرار حياته تعتمد الخلايا بمختلف أنواعها إذا كانت حقيقة النواة أو خلايا أولية تحتاج بقدر كبير إلى جزيئات الطاقة لكي تقوم بعملها بشكل جيد ، حيث تساعد ATP على القيام بالكثير من العمليات الحيوية داخل الخلية [1] .

التمثيل الغذائي داخل الخلية

يسمى أيضا بـ ( الأيض الخلوي ) هي العمليات الحيوية التي تحدث داخل الكائن بشكل مستمر ويومي للمحافظة على استمرار حياته ، في البيولوجيا الجزيئية ( دراسة أنظمة عمل الخلية وكيفيتها ) والبيولوجيا الجزيئية توضح أن التمثيل الغذائي هو العمليات الحيوية والتفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل حياة خلية الكائن الحي لإنتاج الطاقة والمحافظة على استمرار حياته .

تتم عمليات التمثيل الغذائي في جسم الكائن الحي من خلال تحويل الطعام إلى مركبات طاقة ويتم تخزينها في الخلية على شكل جزيئات ATP وتستخدمها الخلية في الوقت الذي تقوم فيه بعملها أو بالعمليات الحيوية ، وعلى الرغم من المصطلحات التي تعبر عن التمثيل الغذائي إلا أنه مهم بصورة كبيرة للخلايا لكي يساعد على استمرارها ونموها واستمرار عملية تكاثر وتواجد الكائن الحي .

تحويل الغذاء إلى طاقة في الخلية

هناك الكثير من عمليات إنتاج الطاقة في الخلية من هذه العمليات عملية التنفس الخلوي يتم في هذه العملية تحويل سكر الجلوكوز إلى جزيئات ATP بهدف إنتاج الطاقة ، ويتم ذلك من خلال عدة عمليات وتفاعلات كيميائية متتابعة في الخلية ودورات تتم في الخلية [2]  .

عملية إتمام التنفس الخلوي في الكائنات حقيقيات النواة هي:

• حلل السكر ( سكر الجلوكوز )
• أكسدة البيروفات
• دورة كريبس أو تسمى ب ( دورة حمض الستريك )
• الفسفرة التأكسيدية، وفي هذه المرحلة يتم تكوين الATP.

و المواد التي تستخدم في تلك التفاعلات بشكل رئيسي ولا يتم التفاعل بدونها: الجلوكوز ( وهو أحد أنواع السكريات التي توجد داخل المواد النشوية ) والأكسجين .

و المواد التي تنتج من تفاعل إنتاج الطاقة: ثاني أكسيد الكربون (Co2) والماء ( H2o ) وجزيئات ATP ،  وهذا النوع من التفاعلات التي تتم لإنتاج الطاقة يتم في الكائنات الحية عديدة الخلايا مثل الحيوان .

إنتاج الطاقة في النبات والبكتريا

تسمى بعملية البناء الضوئي ، الخطوات التي تمر بها عملية البناء الضوئي:

1. تفاعلات كيميائية لابد من وجود الضوء لكي تتم تلك التفاعلات بشكل جيد .
2. دورة كالفين ، أو تفاعلات تحدث في الظلام لا تحتاج إلى الضوء لإتمامها .

و المواد التي تدخل في التفاعل

1. أحد أنواع الطاقة التي تكون موجودة داخل النواة
2. ثاني أكسيد الكربون (Co2 )
3. الماء ( H2o)

و المواد الناتجة من ذلك التفاعل هي:

1. الجلكوز
2. – الأكسجين

يختلف نوع التمثيل الغذائي بين الكائنات وبعضها ، فهناك كائنات تكون ذاتية التغذية وكائنات ضوئية التغذية أي تعتمد على الضوء في تكوين الغذاء ، وكائنات كيميائية التغذية أي تعتمد على وجود تفاعل كيميائية ، نوع التمثيل الغذائي الذي يتم داخل الكائن الحي يتوقف على نوع النبات نفسه والبيئة التي يتواجد النبات فيها وكيف يتعامل معها .

الإنزيمات

وتسمي أيضا ( المواد الكيميائية التي تساعد في إتمام العمليات الحيوية داخل جسم الكائن الحي ) هي مواد كيميائية توجد داخل أجسام الكائنات الحية وتساعد في سرعة التفاعلات الكيميائية وهناك تفاعلات بيوكيميائية تعتمد بشكل أساسي على وجود تلك الإنزيمات ، تسمى الإنزيمات أيضا ب( المحفزات ) أي التي تحفز على إتمام التفاعلات ، وهي مواد كيميائية مهمة بصورة كبيرة للتمثيل الغذائي الخلوي أي الذي يحدث داخل الخلية لأنها تساعد على البدء في تلك العملية.

الجلوكوز والطاقة الموجودة داخل الخلايا هي الوقود الرئيسي الذي يعمل على تشغيل كل الخلايا وإتمامها لعملياتها الحيوية ، ولكن الجلوكوز وتلك الطاقة المتواجدة داخل الخلايا لا تعمل أيضا إلا تحت وجود وتأثير الإنزيمات ، لأن الإنزيمات تساعد في تقليل طاقة التنشيط اللازمة لبدء التفاعل .

طاقة التنشيط: هي أحد أنواع الطاقة التي توجد داخل كل عنصر والتي لابد أن تكون متواجدة في التفاعل قدر معين لكل عنصر لكي يبدأ ذلك التفاعل ، وتعمل الإنزيمات على خفض تلك الطاقة لإتمام التفاعل بشكل سريع وبطاقة تنشيط أقل ) بينما عندما تتواجد الأنزيمات المنشطة فإن تلك التفاعلات تتم بصورة سريعة وبطاقة تنشيط أقل وتستهلك أيضا وقت قصير لكي تتم .

التنفس الخلوي في الكائنات حقيقية النواة

يتم التنفس الخلوي في تلك الكائنات في الخلية وبشكل محدد في أحد أجزاء الخلية والذي يسمى ب ( الميتوكوندريا) ، أثناء عملية تحليل السكر لتكوين جزيئات الطاقة منه تقوم الخلية بتكسير جزئ السكر إلى أجزاء صغيرة لسهولة التفاعل وتتم تلك العملية في السيتوبلازم وهذا التفاعل لا يتطلب وجود الأكسجين بصورة كبيرة أي يمكن أن يتم في غياب الأكسجين ، يتكون جزئ الجلوكوز بشكل أساسي من ٦ ذرات كربون ( C ) ينقسم جزئ الجلوكوز إلى جزيئين يسمى كل جزء منهم بالبيروفات والذي يتكون من ثلاث ذرات كربون، ويوجد في التفاعل أيضا عنصر +NAD بواسطة التفاعلات تنتج جزيئات ATP

في خلال دورة كريبس أو التي تسمى بدورة حمض الستريك: يتم تكوين مركب CoA الذي يتحد مع اسيتيل سترات ويمر ذلك المركب في عدة تفاعلات ويتم تكوين NADH و CO2 و ATP و FADH2 .

-عملية الفسفرة التأكسيدية: نقوم مركبات FADH2 و NADH بنقل الإلكترونات ، تتحرك الإلكترونات وتنتج مركبات FAD و +NAD ويتم تكوين ATP.

التمثيل الغذائي في النباتات

يتم هذا النوع من تفاعلات تكوين الطاقة في خلايا النبات ، وبعض أنواع الطحالب وأحد أنواع البكتريا التي تسمى البكتريا الزرقاء تحدث هذه التفاعلات داخل البلاستيدات الخضراء ( وهي أحد مكونات خلايا النبات ) ويساعد في إتمام ذلك التفاعل عنصر الكلوروفيل ( الذي يعطي النباتات لونها ) ، وينتج من هذا التفاعل سكر وأكسجين ويعتمد هذا التفاعل بشكل كبير على وجود الضوء لذلك تسمى التفاعلات الضوئية ، أثناء ذلك التفاعل تمتص جزيئات الATP ومركبات الكلوروفيل الطاقة الشمسية ويحدث هذا التفاعل كما يحدث التنفس الخلوي أي يتضمن تفاعلات أكسدة واختزال وعمليات نقل إلكترونات ايضا.

التمثيل الغذائي في بدائيات النواة

في الإنسان والحيوان تحتاج عملية التمثيل الغذائي إلى وجود الأكسجين ، بينما في البكتريا والطحالب لا تحتاج إليه بصورة كبيرة فهناك نوعان من التفاعل داخل تلك الكائنات إذا تم التفاعل في وجود الأكسجين فإنه يسمى تفاعل هوائي ، وإذا تم التفاعل في عدم تواجد الأكسجين فإنه يسمى تفاعل لا هوائي وبعض أنواع البكتريا أيضا يمكن أن تبدل بين أنواع تلك التفاعلات ويتوقف ذلك على طبيعة تلك الكائنات وطبيعة البيئة المتواجدة فيها وكيفية تفاعلها معها ، بدائيات النواة التي تعتمد في تفاعلاتها بصورة كبيرة على تواجد الأكسجين تسمى أيروبات ملزمة ، بينما تلك التي لا تحتاج إلى تواجد الأكسجين تسمى إلزامية اللاهوائية .

أنواع التمثيل الغذائي في بدائيات النواة

تصنف الكائنات بدائية النواة إلى أصناف وفرق ويتوقف هذا التصنيف على أنواع عمليات التمثيل الغذائي التي تحدث بداخلها ،

أنواع التفاعلات الرئيسية هي: التغذية، التغذية الذاتية، التغذية الضوئية، والتغذية الكيميائية وبالرغم من اختلاف أنواع التغذية في الكائنات أولية النواة إلا أنها تحتاج بشكل أساسي إلى الطاقة لإتمام عملياتها الحيوية واستمرارها على قيد الحياة.

بدائيات النواة غيرية التغذية تعتمد على وجود المركبات العضوية أي تعتمد على وجود الكربون بشكل أساسي لذلك هي تحصل على الكربون من كائنات أخرى غيرها، أما بدائيات النواة ذاتية التغذية فإنها تستخدم ثاني أكسيد الكربون لكي تحصل منه على الكربون ، بدائيات النواة الضوئية هي التي تستمد طاقتها من الشمس والضوء وبدائيات النواة الكيميائية تحصل على الطاقة اللازمة لها من الضوء.