الفرق بين التخمر والتنفس الخلوي من الأسئلة الشائعة التي يطرحها المعلمون على الطلاب في العلوم الطبيعية، وعلم الأحياء، لقياس مدي علمهم بالوظائف الأساسية في الكائنات الحية، وفي مقالنا هذا سنقوم بالرد على هذا السؤال.
الفرق بين التخمر والتنفس الخلوي
التخمر والتنفس الخلوي يختلفان في عامل حاسم واحد وهو الأكسجين، حيث يستخدم التنفس الخلوي الأكسجين في التفاعل الكيميائي الذي يطلق الطاقة من الطعام، بينما يحدث التخمر في بيئة لاهوائية أو مستنفدة للأكسجين، ونظرًا لأن الأخير لا يستخدم الأكسجين، فإن جزيء السكر لا يتحلل تمامًا وبالتالي يطلق طاقة أقل، تطلق عملية التخمر في الخلايا حوالي وحدتي طاقة بينما يطلق التنفس الخلوي ما مجموعه حوالي 38 وحدة طاقة.
- تحدث عملية التخمر في السيتوبلازم، بينما تحدث عملية التنفس في الميتوكندريا.
- التنفس ينتج كمية أكبر من الطاقة.
- يعتبر التخمر عملية لإنتاج الغذاء وتخزينه لذلك يعد تنفسًا لاهوائيًا.
- التخمر يختلف نواتجه على حسب نوع الخلية بينما ينتج التنفس الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون.
- التخمر عملية هدم مادة عضوية مثل الجلوكوز بينما التنفس عملية أكسدة لإنتاج الطاقة.
أقرأ أيضًا: إيزوبايد Isobide لعلاج أمراض القلب والشرايين
التنفس الخلوي
التنفس الخلوي هو مجموعة من التفاعلات الأيضية التي تحدث في الخلايا الحية لتحويل سكر الجلوكوز بوجود غاز الأكسجين إلى الطاقة على شكل أدينوزين ثلاثي الفوسفات، وثاني أكسيد الكربون، وماء، ويتضمن التنفس الخلوي العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية، ومع ذلك، يمكن تلخيص العملية الكلية في معادلة كيميائية واحدة وهي:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + طاقة (مخزنة في ATP).
يستخدم التنفس الخلوي الأكسجين بالإضافة إلى الجلوكوز، ويطلق ثاني أكسيد الكربون والماء كمخلفات؛ ليقوم بحرق الجلوكوز من أجل الطاقة، وعلى الرغم من ذلك لا ينتج عنه حرارة خفيفة أو شديدة مثل حرق شمعة أو جذوع الأشجار، وبدلًا من ذلك يطلق الطاقة ببطء في العديد من الخطوات البسيطة، تستخدم الطاقة لتكوين عشرات الجزيئات من ATP.
أقرأ أيضًا: وظائف الجهاز الهيكلي في جسم الإنسان
مراحل التنفس الخلوي
-
تحلل الجلوكوز
تحلل الجلوكوز هي المرحلة الأولى في التنفس الخلوي، وتسمي باللاهوائي وتحدث في سيتوبلازم الخلية، تبدأ عملية التنفس الخلوي من خلال عملية تحلل الجلوكوز، وتتكون من مجموعة من عشرة تفاعلات كيميائية، لا تتطلب أكسجين وبالتالي تحدث في كل خلية حية.
تحلل الجلوكوز في هذه المرحلة إلى جزئين من حمض البيروفيك في سيتوبلازم الخلية، ويتحول ثنائي النوكليوتيد الأدنين والنيكوتيناميد (NAD+) إلى الشكل المختزل (NADH)، مما ينتج جزئين من الطاقة (ATP).
-
تحول حمض البيروفيك إلى أستيل مرافق أنزيم–أ
يتوفر الأكسجين في نهاية عملية تحلل الجلوكوز، ثم ينتقل حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا ويتحول إلى مجموعة أستيل وتعرف هذه المرحلة باسم التفاعل الإنتقالي، وينتج عنها غاز ثاني أكسيد الكربون، كما يتحد جزيئين من الأستيل مع مرافق أنزيم ـ أ (CO-A) لينتج أستيل مرافق أنزيم–أ.
-
حلقة كريبس
تعد هذه المرحلة هي المرحلة الثانية في عملية التنفس الخلوي، لا تولد قدرًا كبيرًا من الطاقة، ولكن من خلال الجمع بين جميع ذرات الهيدروجين الموجوة في أستيل مرافق أنزيم –أ مع مركب رباعي الكربون لينتج أربع جزيئات من (ATP)، وجزيء واحد من (NADH)، بعد ذلك تحدث مجموعة من التفاعلات الأكسدة وتترتب الذرات، وتبدأ عملية التنفس الخلوي من جديد في دورة جديدة، هذه الجزيئات ضرورية لسلسلة نقل الإلكترون، وأثناء تركيبها، يتم التخلص من أربعة جزيئات أخرى من ثاني أكسيد الكربون كنفايات.
-
سلسلة نقل الإلكترون
المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي حيث يتم فيها تكوين الطاقة الرئيسية، حيث تسحب الإلكترونات التي يحملها NADH و FADH2 من هذه الجزيئات بواسطة إنزيمات تتواجد في الغشاء الداخلي للميتوكندريا وتمر خلال هذه السلسلة، وتفقد الإلكترونات جزءًا من طاقتها أثناء سحبها، حيث يؤدي التدرج الكهروكيميائي الناتج عن إطلاق الإلكترونات إلى إضافة جزيئات الفوسفات إلى ADP لإنتاج ATP.
أقرأ أيضًا: علماء الكيمياء العضوية .. مجموعة من علماء الكيمياء العضوية ..
التخمر
التخمير هو عملية التمثيل الغذائي التي يقوم فيها الكائن الحي بتحويل الكربوهيدرات، إلى أحماض أو غازات أو كحول في غياب الأكسجين أو أي سلسلة نقل إلكترونية، وتعمل مسارات التخمر على تجديد الإنزيم المساعد نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +)، والذي يستخدم في تحلل السكر لإطلاق الطاقة في شكل ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP).
أقرأ أيضًا: العلاقة بين الكروموسومات والكروماتيدات
