كيف يختلف التخمر عن التنفس الخلوي؟

كل الحياة تحتاج إلى طاقة للقيام بوظائفها. حتى الجلوس والقراءة يتطلبان طاقة. النمو والهضم والحركة: كلها تتطلب إنفاقًا للطاقة. يتطلب تشغيل الماراثون الكثير من الطاقة. إذن ، من أين تأتي كل هذه الطاقة؟

الطاقة اللازمة لأداء وظائف الحياة تأتي من تحلل السكر. يستخدم التمثيل الضوئي طاقة الشمس للجمع بين ثاني أكسيد الكربون والماء لتكوين الجلوكوز (السكر) ، مما ينتج الأكسجين كمنتج فضلات. تخزن النباتات هذا الجلوكوز كسكر أو نشا. تتغذى الحيوانات والفطريات والبكتيريا - وأحيانًا - النباتات الأخرى على هذه الموارد النباتية ، وتحطيم النشا أو السكر لإطلاق الطاقة المخزنة.

التخمر والتنفس الخلوي يختلفان في عامل حاسم واحد: الأكسجين. يستخدم التنفس الخلوي الأكسجين في التفاعل الكيميائي الذي يطلق الطاقة من الطعام. يحدث التخمر في بيئة لاهوائية أو مستنفدة للأكسجين. نظرًا لأن التخمير لا يستخدم الأكسجين ، فإن جزيء السكر لا يتحلل تمامًا وبالتالي يطلق طاقة أقل. تطلق عملية التخمير في الخلايا حوالي وحدتي طاقة بينما يطلق التنفس الخلوي ما مجموعه حوالي 38 وحدة طاقة.

في التنفس الخلوي ، يتحد الأكسجين مع السكريات لإطلاق الطاقة. تبدأ هذه العملية في السيتوبلازم وتكتمل في الميتوكوندريا. في السيتوبلازم ، يتم تقسيم سكر واحد إلى جزيئين من حمض البيروفيك ، مما يؤدي إلى إطلاق وحدتي طاقة من الأدينوزين ثلاثي الفوسفات أو ATP. ينتقل جزيئي حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا حيث يتم تحويل كل جزيء إلى جزيء يسمى أسيتيل CoA. تتم إزالة ذرات الهيدروجين من الأسيتيل CoA في وجود الأكسجين ، مما يؤدي إلى إطلاق إلكترون في كل مرة ، حتى لا يتبقى الهيدروجين. في هذه المرحلة ، تم تكسير الأسيتيل CoA ، ولم يتبق سوى ثاني أكسيد الكربون والماء. تطلق هذه العملية أربع وحدات طاقة ATP. الآن تمر الإلكترونات أسفل سلسلة نقل الإلكترون ، وتطلق في النهاية حوالي 32 وحدة ATP. لذا ، فإن عملية التنفس الخلوي تطلق حوالي 38 وحدة طاقة ATP من كل جزيء جلوكوز.

ماذا لو لم يكن لدى الخلية ما يكفي من الأكسجين للتنفس الخلوي؟ ينتج عن هذا المسار اللاهوائي عبارة "أشعر بالحرق". إذا كان مستوى الأكسجين في الخلية منخفضًا جدًا بالنسبة للتنفس الخلوي ، عادةً لأن الرئتين لا تستطيعان مواكبة حاجة الخلية للأكسجين ، فسيحدث التنفس الخلوي للتخمير. في هذه الحالة ، يتحلل جزيء السكر فقط في سيتوبلازم الخلية ، ويطلق حوالي وحدتي طاقة ATP. لا تستمر عملية الانهيار في الميتوكوندريا. يطلق هذا الانهيار الجزئي للجلوكوز القليل من الطاقة حتى تتمكن الخلية من الاستمرار في العمل ، لكن التفاعل غير الكامل ينتج حمض اللاكتيك الذي يتراكم في الخلية. يتسبب تخمر حمض اللاكتيك هذا في الشعور بالحرقان عندما لا تتلقى العضلات ما يكفي من الأكسجين للتنفس الخلوي.