التنفس اللاهوائي

التنفس اللاهوائي:

التنفس اللاهوائي هو نوع التنفس الذي يمكن للخلايا من خلاله تكسير السكريات لتوليد الطاقة في غياب الأكسجين، وهذا على عكس عملية التنفس الهوائية عالية الكفاءة، والتي تعتمد على الأكسجين لإنتاج الطاقة، الأكسجين الجزيئي هو أكثر متقبل للإلكترون كفاءة في التنفس، بسبب تقاربه الكبير مع الإلكترونات ومع ذلك، فقد تطورت بعض الكائنات الحية لاستخدام متقبلات إلكترونية نهائية أخرى، وعلى هذا النحو يمكنها إجراء التنفس بدون أكسجين.

التنفس هو العملية التي يتم من خلالها تحويل الطاقة المخزنة في الوقود إلى شكل يمكن للخلية استخدامه، وعادةً تُستخدم الطاقة المخزنة في الروابط الجزيئية لجزيء السكر أو الدهون في صنع (ATP)، عن طريق أخذ الإلكترونات من جزيء الوقود واستخدامها لتشغيل سلسلة نقل الإلكترون.

يعتبر التنفس أمرًا ضروريًا لبقاء الخلية لأنه إذا لم تستطع تحرير الطاقة من الوقود فلن يكون لديها طاقة كافية لقيادة وظائفها الطبيعية، وهذا هو السبب في أن الكائنات الحية التي تتنفس الهواء تموت بسرعة كبيرة دون إمداد مستمر بالأكسجين، لا تستطيع خلايانا توليد طاقة كافية للبقاء على قيد الحياة بدونها، إذ بدلاً من الأكسجين تستخدم الخلايا اللاهوائية مواد مثل الكبريتات والنترات والكبريت والفومارات لتحريك تنفسها الخلوي، كما يمكن للعديد من الخلايا إجراء التنفس الهوائي أو اللاهوائي اعتمادًا على توافر الأكسجين.

التنفس اللاهوائي مقابل التنفس الهوائي:

التشابه:

يعتبر كل من التنفس الهوائي واللاهوائي طرقًا لجمع الطاقةمن مصدر غذائي مثل الدهون أو السكريات، حيث تبدأ كلتا العمليتين بتقسيم جزيء سكر مكون من ستة كربون إلى جزيئين من بيروفات ثلاثي الكربون في عملية تسمى تحلل السكر، وتستهلك هذه العملية جزيئين من (ATP) وتنتج أربعة (ATP)، لتحقيق ربح صافٍ لاثنين من (ATP) لكل جزيء سكر ينقسم.

في كل من التنفس الهوائي واللاهوائي يخضع جزيئي البيروفات لسلسلة أخرى من التفاعلاتالتي تستخدم سلاسل نقل الإلكترون لتوليد المزيد من (ATP)، وهذه التفاعلات هي التي تتطلب متقبلًا للإلكترون – سواء أكان أكسجين أم كبريتات أم نترات من أجل دفعها.

يمكن للعديد من البكتيريا والعتائق أن تؤدي فقط التنفس اللاهوائي، ويمكن للعديد من الكائنات الحية الأخرى إجراء التنفس الهوائي أو اللاهوائي اعتمادًا على وجود الأكسجين، ويعتمد البشر والحيوانات الأخرى على التنفس الهوائي للبقاء على قيد الحياة ، ولكن يمكنهم إطالة عمر خلاياهم أو أدائها في غياب الأكسجين من خلال التنفس اللاهوائي.

الاختلافات:

بعد التحلل الجلدي ترسل كل من الخلاياالهوائية واللاهوائية جزيئي البيروفات عبر سلسلة من التفاعلات الكيميائيةلتوليد المزيد من (ATP) واستخراج الإلكترونات لاستخدامها في سلسلة نقل الإلكترون الخاصة بهم، ومع ذلك فإن ماهية هذه التفاعلات، وأين تحدث تختلف بين التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي

أثناء التنفس الهوائي تحدث سلسلة نقل الإلكترونومعظم التفاعلات الكيميائية للتنفس في الميتوكوندريا، يجعل نظام أغشية الميتوكوندرياالعملية أكثر كفاءة من خلال تركيز المتفاعلات الكيميائية للتنفس معًا في مساحة صغيرة واحدة.

في المقابل يحدث التنفس اللاهوائي عادة في السيتوبلازم، وذلك لأن معظم الخلايا التي تقوم بالتنفس اللاهوائي حصريًا لا تحتوي على عضيات متخصصة، إذ عادةً ما تكون سلسلة التفاعلات أقصر في التنفس اللاهوائي وتستخدم مستقبلًا نهائيًا للإلكترون مثل الكبريتاتأو النترات أو الكبريت أو الفومارات بدلاً من الأكسجين.

ينتج التنفس اللاهوائي أيضًا أقل من (ATP) لكل جزيء سكر يتم هضمه من التنفس الهوائي، مما يجعله طريقة أقل كفاءة لتوليد الطاقة الخلوية بالإضافة إلى ذلك، فإنها تنتج نفايات مختلفة، بما في ذلك في بعض الحالات الكحول.

التنفس الخلوي في الكائنات الحية المختلفة:

يمكن تصنيف الكائنات الحية بناءً على أنواع التنفس الخلوي التي تقوم بها.

• أيروبس ملزم: الكائنات الحية التي لا تستطيع العيش بدون الأكسجين على سبيل المثال، البشر ملزمون بأيروبس.

• تلتزم اللاهوائية: الكائنات الحية التي لا تستطيع البقاء على قيد الحياة في وجود الأكسجين، تلتزم بعض أنواع البكتيريا اللاهوائية مثل (Clostridium tetani) التي تسبب التيتانوس.

• كائنات تتحمل الهواء: كائنات يمكن أن تعيش في وجود الأكسجين، ولكنها لا تستخدمها في النمو على سبيل المثال بكتيريا (Streptococcus) التي تسبب التهاب الحلق.

• الهوائية الاختيارية:الكائنات الحية التي يمكنها استخدام الأكسجين للنمو، ولكن يمكنها أيضًا إجراء التنفس اللاهوائي على سبيل المثال (Saccharomyces cerevisiae) وهي الخميرة المستخدمة في التخمير.

يمكن للعلماء تصنيف الميكروبات بهذه الطريقة باستخدام إعداد تجريبي بسيط مع مرق ثيوجليكولات، حيث يحتوي هذا الوسط على مجموعة من تركيزات الأكسجين مما ينتج عنه تدرج، هذا بسبب وجود ثيوجليكولات الصوديوم الذي يستهلك الأكسجين والإمداد المستمر بالأكسجين من الهواء في الجزء العلوي من الأنبوب سيكون الأكسجين موجودًا وفي الجزء السفلي لن يكون هناك أكسجين.