اكثر عمليات التنفس اللاهوائي شيوعا
اكثر عمليات التنفس اللاهوائي شيوعا
وفقا لأنواع المنتج الموجودة في الشكل النهائي للتنفس الاصطناعي، هناك أكثر من عملية وهي كالتالي: –
- تخمر حمض عضوي
هذه العملية تساعد على تقليل البروفات الخاصة بالمنتج في تحلل السكر لتصبح منتجًا نهائيًا للتنفس اللاهوائي، حيث يحدث تأكسد لـ NADH إلى NAD+ ويتم استخدام البروتونات المنطلقة لتقليل البيروفات داخل الوسط الذي يتواجد فيه إنزيم مختلف.
قد يكون التخمير متجانسًا وينتج نوع واحد من المنتجات عن طريق تقليل البيروفات، أو قد يكون غير متجانس وينتج منتجات نهائية متعددة بتقليل البيروفات.
ينتج حمض اللاكتيك عن تخمير حمض اللاكتيك، وينتج الإيثانول عن تخمير الكحول، ويمكن أن يكون المنتج النهائي لتخميرهما أحد الأحماض اللاكتيك أو البروبيونيك أو حمض الزبد، بالإضافة إلى التخمير المختلط، وهناك مجموعة أخرى من عمليات التخمير
-
- تكوين الميثان.
- تكوين الأسيتات.
- نزع النتروجين.
- اختزال الكبريت.
- تخمير الكحول أو ما يعرف بالإيثانول.
- تخمير البوتانيديول
ينتمي إلى فئات التنفس غير الهوائي الأساسية.
- تخمير الإيثانول
يندرج هذا العملية ضمن قائمة عمليات التنفس اللاهوائي الشائعة، حيث يتم فيها استقلاب جزيئات السكر والجلوكوز والسكريات الستة الكربونية الأخرى إلى الإيثانول، وتتحرر الطاقة الكيميائية على شكل جزيئات ATP.
تنتج دورة حال السكر ما يسمى بالبروفات، ويمكن تحويلها إلى إيثانول في حال وجود إنزيم نازع الهيدروجين الكحولي، وهذا يسمى أيضًا التخمير الكحولي.
- التخمير بحمض اللاكتيك
يحدث نوع من التنفس اللاهوائي حيث يتم استقلاب جزيئات السكر، مثل الجلوكوز والسكريات الأخرى ذات الستة ذرات الكربون، إلى اللاكتات، وتطلق مركبات الطاقة الكيميائية على شكل جزيئات ATP.
عملية التخمير تؤدي إلى تحلل السكر بالكامل وتخلق البيروفيت بعد انتهاء التخمير، ويتحول السكر إلى اللاكتات عن طريق إنزيم نازعة الهيدروجين اللاكتات، ويُطلق عليه أيضًا تخمير اللاكتات.
تُكتب المعادلة العامة الخاصة بتخمير حمض اللاكتيك كما يلي
ADP + NADH → حمض اللاكتيك + ATP + NAD + الجلوكوز
عملية التخمير هي عملية شائعة ومنتشرة بين طرق حفظ الأغذية المختلفة وإنتاج الأغذية المخمرة. في العصور القديمة، كان يتم إنتاج منتجات الفواكه والخضروات والحبوب والحليب، بالإضافة إلى اللحوم، عن طريق التخمير لتحفظ لاستخدامها في وقت لاحق .
تحدث هذه العملية في شكلها الرئيسي داخل السيتوبلازم البكتيري، ويُطلق على البكتيريا التي تقوم بتخمير الجلوكوز ليصبح حمض اللاكتيك اسم بكتيريا حمض اللاكتيك، وتُستخدم هذه البكتيريا على نطاق واسع في مجالات صناعة الأغذية والتكنولوجيا الحيوية.
تشمل بكتيريا حمض اللاكتيك المشتركة الـ Lactobacillus والـ Lactococcus وغيرها
يحدث هذا النوع من الجراثيم، وهي Leuconostoc وStreptococcus وPediococcus وEnterococcus، داخل سيتوبلازم الحيوانات العُليا، والتي تشمل الإنسان.
يحدث تخمر حمض اللاكتيك داخل عضلات الجسم خلال الفترة التي يتم فيها ممارسة الأنشطة العضلية الشاقة، ويعود ذلك إلى نقص نسبة الإمدادات الأكسجينية التي تؤدي إلى حدوث تقلصات عضلية أو الشعور بالألم والتعب الذي يصيب العضلات بعد الانتهاء من ممارسة الأنشطة.
إن هذا النوع من التنفس، الذي يتميز بعدم وجود العضلات، يحدث بشكل شائع في كريات الدم الحمراء لأنها تفتقر إلى الميتوكوندريا.
خطوات عملية التنفس اللاهوائي
تتم عملية التخمير في خطوتين، الأولى هي تحلل السكر، والثانية هي التخمير .
- أولا تحلل السكر
يتم تعريف تحلل الجلوكوز باعتباره تسلسلًا من التفاعلات التي تقوم بتحويل جزيئات الجلوكوز أو الجليكوجين إلى حمض البيروفيك باستخدام مجموعة من الإنزيمات المؤكسدة.
يحدث هذا داخل السيتوبلازم الموجود في كل خلية، حيث يتم تحفيز جزيء الجلوكوز لإنتاج جزيئين من حمض البيروفيك وجزيئين من NADH وجزيئين من ATP.
يحدث التنفس الهوائي واللاهوائي معًا داخل سيتوبلازم الخلية.
هذه عملية تعويضية معقدة تتألف من 10 خطوات، وتشمل تقسيم ستة كربونات من الجلوكوز إلى جزئين وثلاثة بيروفيتات كربونية.
- مرحلة الاستثمار في الطاقة
هذه المرحلة الأولى تحتاج إلى استثمار الطاقة لتحويل الجلوكوز إلى فركتوز -1،6-بيسفوسفات، وذلك باستخدام جزيئين من ATP في ثلاث خطوات.
فيبدأ حدوث فسفرة الجلوكوز إلى جلوكوز – 6 – فوسفات (G-6-P) عن طريق إنزيم هكسوكيناز، وبعدها تتحول G – 6 – P بطريقة عكسية إلى الفركتوز – 6 – الفوسفات (F-6-P)، وبعد تدخل إنزيم الجلوكوز – 6 – أيزوميراز الفوسفات بجانب وجود أيون Mg ++ ستحدث الفسفرة F – 6 – P إلى الفركتوز – 1.6 – بيسفوسفات في وجود إنزيم فسفوفركتوكيناز.
- مرحلة الانقسام
يتم في المرحلة الثانية تقسيم جزيء 6-كربون الفركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات إلى جزئين من مركبات الكربون glyceraldehyde-3-الفوسفات (G-3-P).
يتمهذا التفاعل في خطوتين، الخطوة الأولى تتمثل في تكسير الفركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات إلى G-3-P و dihydroxyacetone phosphate بوجود إنزيم يسمى aldolase، والذي يعتبر فركتوز ثنائي الفوسفات الدوليز.
يتم تحويل ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات بشكل عكسي إلى G-3-P باستخدام إنزيم ثلاثي فوسفات أيزوميراز.
- مرحلة توليد الطاقة
يتم في المرحلة الأخيرة من عملية تحلل السكر أكسدة G – 3 – P لإنتاج البيروفات وإطلاق جزيئين من الطاقة ATP. يتم تأكسد G – 3 – P إلى 1.3 – أن يصيح فوسفو جليسات بوجود إنزيم glyceraldehyde – 3 – phosphate dehydrogenase الذي ينتج جزيء NADH.
يقوم إنزيم كيناز دورة تحفيز الفوسفوجليسيرات بشكل عكسي بتحويل 1.3- ثنائي الفوسفات إلى 3- جلسات الفوسفوجليسيرات، وهي المسؤولة عن إطلاق جزيء ATP. ولا يتوقف الإنزيم عند هذه الخطوة، بل يتم تحفيزه ليتحول إلى 2-فسفوجليسرات بمساعدة إنزيم ثانٍ يسمى مطفرة فسفوجليسيرات.
يحدث تحويل فوسفوجليسيرات إلى فينول بيروفيت بواسطة إنوليز في تفاعلٍ مرنٍّ قابلٍ للعكس، ثم يتم إزالة الفوسفات وإنتاج جزيءٍ من البيروفات وجزيءٍ من ATP بواسطة بيروفات كيناز في حضور البيروفات.
معادلة التنفس اللاهوائي
يتم تحويل الجلوكوز و2 ATP و2 ADP و2Pi و2 NADH+ إلى 2 بيرفيت و2NADH+ و2 ATP