عمليات التمثيل الغذائي واكتساب الغذاء والطاقة أو فقدان الطاقة والعمليات الحيوية الأخرى ، كل هذه العمليات التي بنيت عليها الأسس العلمية للنباتات ، حتى العمليات الخاصة بالنباتات تم مقارنتها بالحيوانات من جميع الأنواع ، وهناك عمليات تحدث ليلاً ونهارًا ، بما في ذلك ما قد يحدث داخل الخلية ويسمى التنفس الهوائي وبعضها ليس هوائيا ، أي أن العملية التي نفذها النبات لم تحدث في الداخل الخلية ، وتعتبر أهم هذه العمليات عملية التنفس الخلوي أو التنفس الهوائي ، فماذا تعني هذه العملية ؟ ماذا يحدث في مراحله ؟ ما هي المخرجات التي تنتج عن هذه العملية ؟ .

المقصود بعملية التنفس

عملية التنفس تكون عبارة عن مجموعة من التفاعلات الحيوية ومعنى كلمة التفاعلات الحيوية هي التفاعلات التي تتم في الخلية وتكون في هيئة سلسلة مترابطة ومرتبة ، حيث أن هذه العملية تحدث في النباتات في الليل وتتم هذه العملية في جزء يدعى الميتوكندريا ، لأنها تعتبر مركز إنتاج الطاقة في الخلية ، حيث تقوم النباتات في هذه العملية بالآتي :

تقوم بتحطيم الجزيئات العضوية والمركبات صعبة التحليل وتحويلها إلى طاقة ، وتقوم بذلك حتى يستفيد بها النبات حيث أنه يستفيد منها من قبل الحفاظ على درجة الحرارة لأنه لها دور كبير ومهم في إعطاء الثبات للحرارة ، وفوق كل هذا يوجد سبب رئيسي وأساسي للقيام بهذه العملية ، وهو الحصول على الطاقة التي تنتج من تحلل تلك المركبات العضوية ، ولهذه الطاقة التي تنتجها أشكال ومن بعض هذه الأشكال ( الجلوكوز ) ، حيث أن الجلوكوز يستخدم للمساعدة على قيام النشاطات داخل الخلية ، حيث أنها تلعب دور كبير في توفير وبناء الهيكل الكربوني المهم لعملية البناء الضوئي في النباتات .

تعريف التنفس الهوائي

التنفس الهوائي (aerobic respiration) وكيف يتم ، من أول الأشياء التي عليك أن تعرفها عن التنفس الهوائي أنه يحدث في جميع الكائنات الحية التي تتنفس أكسجين ، ويحتاج التنفس الهوائي إلى عدة أشياء ومنها الأكسجين لأن الأكسجين يساعده على توليد الطاقة ( أدينوسين ثلاثي الفوسفات ) ، وعملية التنفس الهوائي هدف وهو إنتاج الطاقة من الجلوكوز .

وتوجد بهذه العملية أيضاً بعض المواد المتفاعلة وهم : سكر الجلوكوز وغاز الأكسجين ، كما أنه يوجد مادة متفاعلة لابد من وجود مواد ناتجة في عملية التنفس الهوائي وإليك المواد الناتجة : ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة عالية .

ومن الجدير ذكره أن عملية التنفس الهوائي لا تتم على مرحلة واحدة بل تتم على عدة مراحل ، وقام العلماء بتقسيم هذه المراحل إلى عدد معين ليسهل فهمها ودراستها ، حيث تم ذكر أن عدد هذه المراحل يتكون من ( أربعة مراحل ) .

مراحل التنفس الهوائي

مرحلة التحلل السكري

تتميز هذه المرحلة بشئ لا يحدث إلا بها وهو أنها تحدث فى جميع الكائنات الحية حتى تلك الكائنات التي تتنفس لاهوائياً ، والآن يبقى السؤال وهو أين تتم هذه التفاعلات بمعنى في أي مكان ؟ .

تقوم بكل تفاعلاتها في جزء يدعى السيتوسول وهذا الجزء عبارة عن سائل داخل السيتوبلازم ، وتم اختيار السيتوسول خاصة للقيام بالتفاعلات به لأنه يحتوي على أنزيمات محفزة ومساعدة لهذه التفاعلات .

وهذه المرحلة عندما تبدأ تبدأ بإنتاج جزأين من حمض البيروفيك ، ويتم انتاجها نتيجة دخول الجلوكوز إلى داخل الخلية وتحلله إلى الجزأين بعد مروره بعدة تفاعلات وينتج عن هذه المرحلة الحصول على طاقة ، من ثم حمض بيروفيك ، وفي النهاية يتم الحصول على النواقل الهيدروجينية التي تساعد على إنتاج طاقة أيضاً .

مرحلة إنتاج أستيل مرافق إنزيم ” أ “

يتم في هذه المرحلة تحويل حمض البيروفيك مرافق الإنزيم هذا ، ويوجد شرط لقيام هذه المرحلة وهو شرط مهم ( يشترط وجود أكسجين ) ، وعندما يتوفر الأكسجين يتحول فوراً حمض البيروفيك إلى مجموعة أستيل ويعمل على إنتاج ثاني أكسيد الكربون ، ويقوم بكل هذا فور دخوله إلى جزء يسمى الميتوكندريون ، حيث أنه داخل هذا الجزء (الميتوكندريا) يوجد مرافق الإنزيم ” أ ” ويقوم هذا ال حمض البيروفيك إلى مجموعة أستيل ويعمل على إنتاج ثاني أكسيد الكربون ، ويقوم بكل هذا فور دخوله إلى جزء يسمى الميتوكندريون ، حيث أنه داخل هذا الجزء (الميتوكندريا) يوجد مرافق الإنزيم ” أ ” ويقوم هذا الإنزيم بالاتحاد مع تلك الجزيئات لينتج ما يسمى بـ مرافق الإنزيم ، في هذه المرحلة يتم إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون من ثم النواقل الهيدروجينية وفي النهاية نلاحظ أنه تم الحصول على مرافق الإنزيم ” أ ” .

مرحلة كريس ” حلقة كريس “

تم وصف هذه المرحلة بكلمة حلقة لأنه في هذه المرحلة تكون العملية بها متواصلة لذلك تم وصفها بالحلقة ، في هذه المرحلة يقوم ما تم انتاجه بالمرحلة الثانية بالاتحاد مع مركب يحتوي على أربع ذرات كربون ، فعندما يجتمعوا ويتحدوا سويا ينتجوا لنا مركب آخر جديد لم يتم إنتاجه من قبل وهو مركب سداسي الكربون ، ومن بعدها مباشرةً تبدأ عمليات أخرى وهي عمليات تفاعلات الأكسدة ، حيث أن هذه العمليات تعمل على إعادة ترتيب الذرات من جديد ، وتتواصل وتتكرر هذه العملية مراراً وتكراراً وفي هذه الدورة يتم إنتاج أولاً ثاني أكسيد الكربون من ثم النواقل الهيدروجينية وجزيئات الطاقة .

مرحلة نقل الإلكترونيات

في جزء الغشاء الداخلي للميتوكندريا يوجد به مجموعة من الإنزيمات والبروتينات ، وهذه الإنزيمات عبارة عن مكونات لنواقل تكون موجودة متمركزة داخل ذلك الغشاء ، ومن الجدير بذكره أنه في هذه المرحلة يوجد خطوات مهمة في نقل الإلكترونيات ،

الفرق بين التنفس الهوائي واللاهوائي

كما أنه يوجد نوع آخر من أنواع التنفس وهو التنفس اللاهوائي ، ومن أشهر أنواع التنفس اللاهوائي المتعارف عليها جيدا هو التخمر وهذا النوع يحدث عند غياب الأكسجين .

ولهذا النوع من أنواع التنفس ( التنفس اللاهوائي ) هدف وهو : إنتاج الطاقة من الجلوكوز عند غياب غاز الأكسجين . كما أن هذه العملية تحتوي على بعض المواد المتفاعلة وهم : سكر الجلوكوز وغاز الهيدروجين ، والمواد الناتجة هما حمض اللاكتيك ( الكحول ) وطاقة منخفضة أما مكان حدوث هذا التنفس يكون في جميع الخلايا .

و على الرغم من أن التنفس يكون سريع إلا أنه بالرغم من ذلك الأكسجين لا يصل بكمية كافية للخلايا مما يجعلها تتجه إلى أن تطلق الطاقة من عملية التخمر حيث يتم إنتاج حمض ( الاكتيك ) الذي يؤدي إلى جعل تركيزه مرتفع مما يعطي إحساس بالألم .

وهناك أنواع للتخمر وهذه الأنواع هي :

التخمر اللبني

: في هذا النوع من التخمر يتم اختزال الحمض ولكن في غياب غاز الأكسجين يتم تحويل حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك نتيجة اختزاله باستخدام الهيدروجين وليس الأكسجين و يكثر هذا النوع في بعض أنواع البكتيريا و بعض الخلايا العضلية .
التخمر الكحولي

: و يسمى هذا النوع بالتخمر الكحولي ؛ لأنه يعمل على إنتاج كحول الايثانول ، وتتم هذه العملية عن طريق خطوتين من الضروري فعلهما وهما نزع جزئ ثاني أكيد الكربون من حمض البيروفيك ، ويتم ذلك حتى ينتج لدينا ما يسمى أسيتالدهيد .