ماذا تنتج الطاقة عن عملية التخمر دون استخدام
ماذا تنتج الطاقة عن عملية التخمر دون استخدام
يتم استخلاص الطاقة من عملية التخمير التي تحدث عندما تخضع المركبات لعمليات الأكسدة والاختزال، وهذه العملية تنتج واحدة من أهم العناصر الموجودة في الطبيعة، والتي سيتم ذكرها بشكل مفصل في الفقرات التالية.
- يتم في عملية التخمر إنتاج الطاقة بدون استخدام الأكسجين، حيث يتم تعزيز نشاط الخلايا باستخدام جزيء الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، ويطلق على هذه العملية إنتاج الطاقة بدون استخدام الأكسجين اسم التنفس اللاهوائي.
- بالإضافة إلى ذلك، يتم إنتاج الطاقة في الخلية من خلال عملية التنفس الخلوي، ويتم ذلك من خلال تحطيم الجلوكوز في ثلاث مراحل: تحطيم السكر، ثم الأكسدة اللاكتيدية، ثم الأكسدة البيروفيتية التي تسمح بنقل الإلكترونات.
- هناك أيضًا عملية خاصة أخرى لإنتاج الطاقة من التنفس، وتتم عبر (عملية خلوية هوائية)، وتحتاج إلى مرحلة مهمة وهي مرحلة نقل الإلكترونات في وجود الأكسجين.
ما هي عملية التخمير؟
هي عملية هضمية، حيث تحدث تغيرات كيميائية في الإنزيمات نتيجة لتفاعل الركائز العضوية مع الطعام.
- التعريف الخاص بالتخمير في الكيمياء العضوية: هي العملية التي تنتج استخراج الطاقة من الكربوهيدرات أي (الكربون والهيدروجين) المتواجدة في الغذاء.
- التعريف الخاص بالتخمير عند الكائنات الحية الدقيقة: تعتبر هذه الوسيلة هي الوسيلة الرئيسية لإنتاج (أدينوسين ثنائي الفوسفات)، ويتم ذلك عن طريق تحلل المغذيات العضوية داخل الأوعية الهوائية.
- عملية التخمير: هي عملية رئيسية أثناء صنع الخبز والجبن البيتي واللبن الرايب.
- تم استخدام عملية التخمير منذ العصر الحجري لإنتاج مواد غذائية ومشروبات، ومثال على ذلك هو استخدام التخمير في إنتاج المشروبات الكحولية مثل النبيذ.
- عملية التخمير تحدث في الجهاز الهضمي لدى الحيوانات وكذلك في الجهاز الهضمي للإنسان.
كيف تحدث عملية التخمير
عملية التخمير تتم عن طريق الميكروبات التي تشمل الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والعفن والخمير، ومن أمثلة ذلك الفطريات أو العفن الذي ينتج البنسلين عند خلط السكر والأملاح المعدنية.
- مثال آخر: تقوم الخميرة بتحويل السكر الذي ينتج عن الحبوب المنقوعة في المياه إلى غاز الكحول الإيثيلي وغاز ثاني أكسيد الكربون، وذلك في حالة إنتاج البيرة.
أنواع التخمير
هناك ثلاثة طرق لإتمام عملية التخمير، وهي كالتالي:
- التخمير بتحليل السكر:
- يطلق عليه هذا الاسم لأنه يبدأ بتحليل السكر من خلال التقليل من نسب الجزيئات الخاصة بكل من ناقلات الإلكترون، والتي تسمى (NAD).
- لكي يتم تجزيءها إلى جزيئين من مادة (NADH)، حيث يتم أكسدة الخلية التي تم تجزيئها، حتى يستمر تفكيك السكر، وتختلف عملية التخمر في الكائنات الحية في تفكيك السكر، وتوجد نوعان منها، وهما التخمر الكحولي وتخمر اللاكتيك (الذي يحدث في خلايا البشر).
- التخمير الكحولي:
- يتم هذا الانقسام عن طريق تفكك الجلوكوز وتحلل السكر، ويتطلب التخمر الكحولي وجود الإلكترونات التي يتم استخراجها من (NADH).
- يمكن استخدام تخمير الخبز كمثال على خميرة تنتج غاز ثاني أكسيد الكربون، والذي يتسبب في ارتفاع العجينة وظهور الثقوب.
- خمائر حمض اللاكتيك:
- تتم هذه العملية عن طريق البكتيريا، ومن أمثلة ذلك البكتيريا الموجودة في الزبادي، حيث يتم إفراز خميرة اللاكتيك داخل عضلات الإنسان.
- هناك إيجابياتٌ متفاوتةٌ لإنتاجِ الطاقةِ بدونِ أكسجينٍ، وذلك باستخدام خمائر حمضِ اللاكتيكِ، ويمكن القولُ أن الكائنَ الحي يستطيعُ تكوينَ (36جُزيئاً) من الطاقةِ عن طريقِ الجلوكوزِ مع وجودِ الأكسجينِ، ولكن مع عدمِ وجودِ الأكسجينِ تحتاج الخلايا البشريةُ إلى القيامِ بعمليةِ التخميرِ لإنتاجِ الطاقةِ.
كيف يتم انتاج الطاقة
يلعب الـ (ATP)، الذي يتكون من ثلاثة فوسفاتات والمعروف باسم ثلاثي فوسفات الأدينوسين، دورًا مهمًا في تخزين الطاقة في الخلايا. يتم ذلك عن طريق استخدام الطاقة المخزنة لتلبية احتياجات الخلية، كما يحدث في الأنسجة العضلية للحيوانات. وفيما يتعلق بالنباتات، فإنها تحتاج إلى البناء الضوئي في المرحلة المظلمة (التي تحدث دون الحاجة إلى الضوء) والتي تسمى أيضًا دورة كالفين.
- يتم إنتاج ما يُسمى بـ (NADPH) عن طريق عملية البناء الضوئي.
- بعد عملية الاستقبال الضوئي في النبات أو الخلية، يتبعها عملية التنفس الخلوي التي تحدث في النبات أو الخلية بشكل عام، وتتمثل هذه العملية في إطلاق الطاقة من خلال كسر الكربوهيدرات أو السكر، وذلك عبر نقل الإلكترونات في سلسلة، حيث تكون هذه الإلكترونات في شكل مختزل لجزيء ثلاثي الفوسفات نيكلوتيد النيكوتين والأدينين، ويحتاج هذا التفاعل إلى وجود الأكسجين ليتم استهلاكه، كما يتضح من المعادلة التالية: O2+ 4 الكترون+ 4H+ _____ 2H2O.
- بالرغم من أن النبات يحتاج إلى غاز الأكسجين لإنتاج الطاقة في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي، إلا أن هناك بعض الحالات التي يتم فيها إنتاج الطاقة من دون استخدام الأكسجين، ويشار إلى هذه العملية باسم التخمر.
- فيما يتعلق بالخلايا البشرية، يتمثل الدليل الأكبر على إنتاج الأكسجين في العضلات في حالات ممارسة الرياضة الشديدة والقوية، حيث يؤثر ذلك على عملية التنفس (أي لا يستطيع الإنسان التنفس بشكل طبيعي) ويتم إنتاج حمض اللاكتيك الذي يستخدم في بناء العضلات التي تحتاج إلى الأكسجين ولا يتوفر لها.
الانقسام الخلوي
يتمثل هذا في عملية انقسام خلوي غير مباشر، حيث يؤدي إلى تشكيل خلايا تشبه الأصل بالشكل والوظيفة من خلية واحدة بعد تضاعف الكروموسومات.
كيميائية التخمير
تحتوي المنتجات التي تم إنتاجها عن طريق التخمير على طاقة كيميائية، كما تُعتبر منتجات نفايات حيث لا يمكن استخدامها مرة أخرى بدون توفّر الأكسجين.
- يؤدي ذلك إلى إنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات.
- تعتبر عملية التخمير أقل من عملية الفسفرة التأكسدية، وتتحول البيروفات إلى ثاني أكسيد الكربون.
حقائق هامة عن عملية التخمر
تشمل الحقائق المهمة المتعلقة بعمليات التخمير ما يلي:
- يحدث عملية التخمر في الجهاز الهضمي للإنسان والحيوانات.
- يُعَدُّ التخمُّر من العمليات اللاهوائية، لذا لا يتطلب وجود الأكسجين، وفي وجود الأكسجين، تعمل جميع الخلايا على التخمر باستخدام التنفس الهوائي، طالما تتوفر إمدادات من السكر.
- عند استخدام العضلات للسكر، يتم استخدامه بدون الحاجة إلى الأكسجين، وهذا هو العكس عند استخدام الأكسجين حيث لا يتم استخدام السكر.
- يوجد حالة طبية تسمى متلازمة الأمعاء عند التخمير، وتؤدي إلى حدوث التخمير في الجهاز الهضمي مما يمكن أن يؤدي إلى التسمم بسبب إنتاج الإيثانول.
- البشر يعانون من وجود غاز الهيدروجين في البكتيريا المعوية.
- عند تخمير المواد العضوية لإنتاج الطاقة، يتم إنتاج غاز الهيدروجين وغاز الميثان.
- تستخدم معظم الكائنات الحية عملية التخمير كوسيلة لإنتاج الطاقة اللاهوائية، أو كمستقبل في سلسلة الإلكترونات.
التاريخ لعملية التخمير
في نهاية المقال سنتعرف على تاريخ بداية عملية التخمير، ويكون كما يلي:
- تم اكتشاف العملية الحيوية لعملية التخمير في عام 1937 ميلادي، حيث قام العلماء كاغنيارد دي لاتور وايت سوان وإف كوتزنج بإثبات أن عملية التخمير تتمثل في كائن حي ينتج عن عملية التخمير.
- يعود مصدر كلمة “التخمير” إلى كلمة لاتينية تعني الغليان.
