لماذا تحتاج الخلايا إلى التنفس الخلوي؟
كل خلية تحتاج إلى طاقة لتعيش وتعمل. الخلية العضلية تحتاج طاقة للحركة، والخلية العصبية تحتاج طاقة لنقل الرسائل، والخلايا عمومًا تحتاج طاقة لبناء المواد ونقلها وإصلاح الأجزاء التالفة. تحصل الخلايا على هذه الطاقة من الغذاء، خصوصًا الجلوكوز، عبر عملية تسمى التنفس الخلوي.
التنفس الخلوي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحول الطاقة المخزنة في جزيئات الغذاء إلى صورة قابلة للاستعمال تسمى ATP. لذلك إذا رأيت في السؤال عبارة: سلسلة من التفاعلات تحول الطاقة في الغذاء إلى ATP، فالجواب هو التنفس الخلوي.
المواد الداخلة في التنفس الخلوي
يدخل في التنفس الخلوي عادة الجلوكوز والأكسجين. الجلوكوز هو سكر يحمل طاقة كيميائية، والأكسجين يساعد الخلية على إطلاق قدر كبير من هذه الطاقة. لذلك إذا كان السؤال: ماذا تستهلك الخلية في التنفس الخلوي؟ فالجواب: جلوكوز وأكسجين.
نواتج التنفس الخلوي
ينتج عن التنفس الخلوي ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة ATP. ثاني أكسيد الكربون والماء فضلات أو نواتج، أما ATP فهو الهدف الأهم من العملية بالنسبة للخلية. صياغة النواتج قد تظهر في الاختبار بأكثر من شكل: طاقة وماء وثاني أكسيد الكربون، أو ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة.
أين يحدث التنفس الخلوي؟
يبدأ التنفس الخلوي بخطوة تسمى التحلل السكري في السيتوبلازم. في هذه الخطوة يبدأ تكسير الجلوكوز وتنتج كمية صغيرة من ATP. ثم تستكمل مراحل أخرى في الميتوكوندريا عندما يتوفر الأكسجين، حيث تنتج كمية أكبر من ATP.
لذلك إذا سأل الاختبار: تحدث عملية التنفس الخلوي في أين؟ فالجواب المناسب وفق المنهج:السيتوبلازم والميتوكوندريا. وإذا سأل عن الخطوة الأولى التي تحدث في السيتوبلازم، فالجواب: التحلل السكري. أما الخطوة الثانية فتحدث في الميتوكوندريا.
التنفس الخلوي الهوائي
عندما يحدث إنتاج الطاقة بوجود الأكسجين، يسمى ذلك تنفسًا خلويًا هوائيًا. وهو أكثر كفاءة من التخمر؛ لأنه يكسر الجلوكوز بدرجة أكبر وينتج كمية أكبر من ATP. لذلك يعد التنفس الخلوي مهمًا لأنه يوفر الطاقة للخلية، وليس لأنه يصنع الضوء أو يمنع دخول المواد.
معادلة التنفس الخلوي
يمكن كتابة المعادلة الرمزية المبسطة للتنفس الخلوي هكذا:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP
أما المعادلة اللفظية فهي:
الجلوكوز + الأكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + الماء + طاقة
هذه المعادلة من أكثر نقاط الاختبار قابلية للحفظ والفهم. المدخلات على اليسار: جلوكوز وأكسجين. النواتج على اليمين: ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة.
العلاقة مع البناء الضوئي
نواتج البناء الضوئي، وهي الجلوكوز والأكسجين، تدخل في التنفس الخلوي. وبالمقابل، ينتج التنفس الخلوي ثاني أكسيد الكربون والماء، وهما من المواد التي يمكن أن تستعمل في البناء الضوئي. لذلك فالعلاقة بين العمليتين علاقة تكامل: ما ينتجه النبات في البناء الضوئي يساعد الخلايا على التنفس الخلوي.
هل يحدث التنفس الخلوي في النبات والحيوان؟
نعم، يحدث التنفس الخلوي في خلايا النبات والحيوان. النبات يصنع غذاءه بالبناء الضوئي، لكنه يحتاج أيضًا إلى تكسير الغذاء لإنتاج ATP. عبارة «النبات لا يتنفس» عبارة خاطئة علميًا ومدرسيًا، حتى لو كان النبات صامتًا ولا يتذمر مثلنا.
مفاتيح حل سريعة
- تحويل طاقة الغذاء إلى ATP = التنفس الخلوي.
- المواد الداخلة = جلوكوز وأكسجين.
- النواتج = ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة ATP.
- الخطوة الأولى = التحلل السكري في السيتوبلازم.
- الخطوة الثانية الأساسية في وجود الأكسجين = في الميتوكوندريا.
- بوجود الأكسجين = تنفس خلوي هوائي.
- يحدث في النبات والحيوان.
مثال امتحاني محلول
السؤال: ما نواتج اتحاد الأكسجين مع الغذاء داخل الميتوكوندريا؟
الحل: ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة.
السؤال: أين تحدث الخطوة الأولى من التنفس الخلوي؟ وما اسمها؟
الحل: تحدث في السيتوبلازم وتسمى التحلل السكري.