بديل للتنفس الخلوي

يُطلق على إنتاج الطاقة من المركبات العضوية ، مثل الجلوكوز ، عن طريق الأكسدة باستخدام مركبات كيميائية (عضوية عادةً) من داخل الخلية باسم "مستقبلات الإلكترون" التخمير.

هذا هو بديل للتنفس الخلوي حيث يتم نقل الإلكترونات من الجلوكوز والمركبات الأخرى التي تتأكسد إلى مستقبل يتم إحضاره من خارج الخلية ، وهو الأكسجين عادةً. هذا بديل للتنفس الخلوي (بدون الأكسجين ، لا يمكن أن يحدث التنفس الخلوي).

بينما يمكن أن يحدث التخمير في ظل ظروف لاهوائية (نقص الأكسجين) ، إلا أنه يمكن أن يحدث عندما يكون الأكسجين وفيرًا أيضًا.

الخميرة ، على سبيل المثال ، تفضل التخمير على التنفس الخلوي إذا توفر ما يكفي من الجلوكوز لدعم العملية ، حتى لو توفر الكثير من الأكسجين.

عندما يدخل السكر الغني بالطاقة - وخاصة الجلوكوز - إلى الخلية ، يتم تكسيره في عملية تسمى تحلل السكر. تحلل السكر هي خطوة أساسية للتنفس الخلوي والتخمير.

إنه مسار شائع لتفكك السكر ، والذي يمكن أن يؤدي إما إلى التخمير أو التنفس الخلوي.

التحلل الجلدي هو عملية كيميائية حيوية قديمة ، ظهرت في وقت مبكر جدًا من التاريخ التطوري. تم "اختراع" التفاعلات الأساسية لتحلل السكر بواسطة الكائنات الحية الدقيقة قبل وقت طويل من تطور عملية التمثيل الضوئي ، والتي ظهرت حوالي 3.5 قبل مليار سنة ، ولكن الأمر سيستغرق ما يقرب من 1.5 مليار سنة لملء البحار والغلاف الجوي بأي قدر ملموس من الأكسجين.

وهكذا ، فإن حقيقيات النوى المعقدة (المجال البيولوجي الذي يشمل الحيوانات والنباتات والفطريات وممالك الكائنات الحية الأولية) قادرة على إنتاج الطاقة بدون تنفس وبدون أكسجين ، إلخ. في الخميرة ، التي تنتمي إلى مملكة الفطريات ، يتم تخمير المنتجات الكيميائية لتحلل السكر لإنتاج الطاقة للخلية.

في نهاية التحلل السكري ، سيتم تقسيم بنية الجلوكوز المكونة من ستة كربون إلى جزيئين من مركب ثلاثي الكربون يسمى البيروفات. كما يتم إنتاج المادة الكيميائية NADH ، من مادة كيميائية أكثر "مؤكسدة" تسمى NAD +.

في الخميرة ، يخضع البيروفات لـ "الاختزال" ، وهو اكتساب الإلكترونات ، والتي يتم نقلها بعد ذلك من NADH المنتج سابقًا في تحلل السكر لإنتاج الأسيتالديهيد وثاني أكسيد الكربون.

ثم يتم تقليل الأسيتالديهيد بشكل إضافي إلى الكحول الإيثيلي ، المنتج النهائي للتخمير. في الحيوانات ، بما في ذلك البشر ، يمكن تخمير البيروفات عندما يكون توافر الأكسجين منخفضًا. هذا صحيح بشكل خاص في خلايا العضلات. عندما يحدث هذا ، على الرغم من إنتاج كميات ضئيلة من الكحول ، فإن معظم البيروفات الناتجة عن تحلل السكر لا تتحول إلى كحول ، بل إلى حمض اللاكتيك.

في حين أن حمض اللاكتيك يمكن أن يترك الخلايا الحيوانية ويستخدم لإنتاج الطاقة في القلب ، إلا أنه يمكن أن يتراكم داخل العضلات ، مما يسبب الألم ويقلل من الأداء الرياضي. هذا هو الشعور "بالحرق" الذي تشعر به بعد رفع الأثقال ، والجري لفترة طويلة ، والركض ، ورفع الصناديق الثقيلة ، وما إلى ذلك.

الناقل العالمي للطاقة في الخلايا مادة كيميائية معروفة باسم ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين). في حالة استخدام الأكسجين ، يمكن للخلايا إنتاج ATP من خلال تحلل السكر متبوعًا بالتنفس الخلوي - بحيث ينتج جزيء واحد من سكر الجلوكوز 36-38 جزيء ATP ، اعتمادًا على نوع الخلية.

من بين 36-38 جزيء من ATP ، يتم إنتاج اثنين فقط خلال مرحلة تحلل السكر. وبالتالي ، إذا استخدمت التخمير كبديل للتنفس الخلوي ، فإن الخلايا تولد طاقة أقل بكثير مما تفعله باستخدام التنفس. ومع ذلك ، في حالة انخفاض الأكسجين أو الظروف اللاهوائية ، يمكن للتخمير أن يحافظ على حياة الكائن الحي والبقاء على قيد الحياة لأنه لولا ذلك لن يكون لديه تنفس بدون أكسجين.

يستخدم البشر عملية التخمير لمصلحتنا ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالطعام والشراب. تستخدم صناعة الخبز وإنتاج البيرة والنبيذ والمخللات والزبادي والكمبوتشا عملية التخمير.