ما التنفس الخلوي؟
التنفس الخلوي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحول الطاقة المخزنة في جزيئات الغذاء، مثل الجلوكوز، إلى صورة قابلة للاستعمال داخل الخلية وهي ATP. لا يعني التنفس الخلوي مجرد دخول الهواء إلى الرئتين؛ هذا يسمى تنفسًا على مستوى الجسم. أما التنفس الخلوي فهو يحدث داخل الخلايا نفسها، وله هدف واضح: إنتاج الطاقة التي تحتاجها الخلية.
لذلك إذا سأل السؤال: ما العملية التي تحول الطاقة في جزيئات الغذاء إلى ATP؟ فالجواب هو التنفس الخلوي. البناء الضوئي يصنع الجلوكوز في النباتات، أما التنفس الخلوي فيكسر الجلوكوز ليحرر الطاقة.
أين يحدث التنفس الخلوي؟
في الخلايا حقيقية النواة، يحدث التنفس الخلوي على مرحلتين عامتين من ناحية المكان. تبدأ الخطوة الأولى في السيتوبلازم وتسمى التحلل السكري. ثم تحدث خطوات أخرى في الميتوكوندريا عند توفر الأكسجين. لذلك إذا كان السؤال: تحدث عملية التنفس الخلوي في أين؟ فالاختيار المدرسي المناسب هو السيتوبلازم والميتوكوندريا.
السيتوبلازم هو السائل الهلامي الذي تسبح فيه العضيات وتحدث فيه بعض العمليات. أما الميتوكوندريا فهي عضية مهمة جدًا لإنتاج الطاقة، وكأنها محطة الطاقة في الخلية، مع أن هذا التشبيه مبسط لكنه نافع للصف السادس.
التحلل السكري
التحلل السكري هو الخطوة الأولى من التنفس الخلوي. يحدث في السيتوبلازم، وفيه يبدأ تفكيك الجلوكوز إلى جزيئات أصغر. ينتج عن التحلل السكري مقدار قليل من ATP، وتصبح الجزيئات الناتجة جاهزة إما لاستكمال التنفس الخلوي بوجود الأكسجين أو للدخول في التخمر عند نقص الأكسجين.
إذا جاء السؤال: تحدث الخطوة الأولى من التنفس الخلوي في السيتوبلازم وتسمى ماذا؟ فالجواب هو التحلل السكري. لا تخلطها بالتخمر؛ التخمر يحدث بعد التحلل السكري عندما لا يتوفر الأكسجين بكمية كافية.
دور الميتوكوندريا والأكسجين
عند توفر الأكسجين، تدخل نواتج التحلل السكري إلى الميتوكوندريا وتستكمل الخلية تفاعلات تنتج كمية أكبر من ATP. يتحد الأكسجين في نهاية العملية مع نواتج من تكسير الغذاء لتكوين الماء، وينتج أيضًا ثاني أكسيد الكربون. لذلك نواتج اتحاد الأكسجين مع الأجسام الغذائية داخل الميتوكوندريا هي ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة.
نواتج التنفس الخلوي
نواتج التنفس الخلوي هي الطاقة في صورة ATP، والماء، وثاني أكسيد الكربون. لذلك عندما يسأل الاختبار: ماذا ينتج عن التنفس الخلوي؟ فالجواب:طاقة وماء وثاني أكسيد الكربون. أما الجلوكوز والأكسجين فهما من المواد الداخلة، لا من النواتج.
المواد الداخلة في التنفس الخلوي
يدخل في التنفس الخلوي الجلوكوز والأكسجين. الجلوكوز يحمل طاقة كيميائية، والأكسجين يساعد الخلية على استخلاص كمية كبيرة من هذه الطاقة. لذلك إذا ظهر سؤال: ماذا تستهلك الخلية في التنفس الخلوي؟ فالجواب هو جلوكوز وأكسجين.
المعادلة الرمزية واللفظية
المعادلة الرمزية المبسطة للتنفس الخلوي هي:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP
أما المعادلة اللفظية فهي:
الجلوكوز + الأكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + الماء + طاقة
هذه المعادلة مهمة جدًا في الأسئلة؛ لأن بعض الخيارات تقلب المواد الداخلة والنواتج. لا تدع السهم يخدعك: الجلوكوز والأكسجين في اليسار، وثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة في اليمين.
التنفس الهوائي
عندما يحدث إنتاج الطاقة بوجود الأكسجين يسمى التنفس الخلوي الهوائي. وهو أكثر كفاءة من التخمر، لأنه يكسر الجلوكوز بدرجة أكبر وينتج ATP أكثر. لذلك إذا كان السؤال: ما نوع التنفس الذي يحدث بوجود الأكسجين؟ فالجواب هو التنفس الخلوي الهوائي.
هل يحدث التنفس الخلوي في النبات والحيوان؟
نعم. يحدث التنفس الخلوي في النبات والحيوان. بعض الطلاب يظنون أن النبات يقوم بالبناء الضوئي فقط، وهذا خطأ شائع. النبات يصنع الجلوكوز بالبناء الضوئي، لكنه يحتاج أيضًا إلى تكسير جزء من الجلوكوز لإنتاج ATP. إذن النبات يصنع غذاءه، ثم يستعمل هذا الغذاء للحصول على الطاقة داخل خلاياه.
علاقة التنفس الخلوي بالبناء الضوئي
نواتج البناء الضوئي، وهي الجلوكوز والأكسجين، تدخل في التنفس الخلوي. ونواتج التنفس الخلوي، وهي ثاني أكسيد الكربون والماء، يمكن أن تدخل في البناء الضوئي. لذلك توجد علاقة تكاملية بين العمليتين. ليستا نفس العملية، وليستا بلا علاقة.
مفاتيح الحل
- تحويل طاقة الغذاء إلى ATP = التنفس الخلوي.
- الخطوة الأولى = التحلل السكري.
- مكان التحلل السكري = السيتوبلازم.
- الخطوة الثانية/إنتاج طاقة أكبر = الميتوكوندريا.
- المواد الداخلة = جلوكوز وأكسجين.
- النواتج = ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة.
- بوجود الأكسجين = تنفس خلوي هوائي.
- يحدث في النبات والحيوان.
مثال امتحاني محلول
السؤال: أي عبارة صحيحة عن التنفس الخلوي؟
الحل: يحدث في النبات والحيوان.
السؤال: اختر المعادلة اللفظية للتنفس الخلوي.
الحل: الجلوكوز + الأكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + الماء + طاقة.