نقل الطاقة في الكائنات الحية أساس الحياة تعد الطاقة المحرك الأساسي لجميع العمليات الحيوية في الكائنات الحية، ومن دونها لا يمكن للخلية أن تقوم بوظائفها الحيوية وتكتسب الطاقة في معظم الكائنات الحية من الشمس، حيث تمتصها الكائنات ذاتية التغذية مثل النباتات والطحالب عن طريق عملية التمثيل الضوئي وتحولها إلى طاقة كيميائية مخزنة في جزيئات عضوية.
نقل الطاقة في الكائنات الحية أساس الحياة من ضوء الشمس إلى ATP: مسار الطاقة
تبدأ رحلة الطاقة بعملية التمثيل الضوئي التي تنتِج الجلوكوز وتنتقل الطاقة المختزنة في الجلوكوز إلى جزيئات ATP من خلال سلسلة من العمليات تعرف بـ التنفس الخلوي، والذي ينقسم إلى عدة مراحل. يعتبر نقل الطاقة في الكائنات الحية أساس الحياة بحد ذاته.
1. التحلل السكري Glycolysis
- يحدث في السيتوبلازم دون الحاجة إلى الأكسجين.
- يتم تكسير الجلوكوز (6 كربونات) إلى جزيئين من البيروفات (3 كربونات لكل منهما).
- ناتج العملية: 2 ATP + 2 NADH + 2 بيروفات.
- تعتبر هذه المرحلة مشتركة بين التنفس الهوائي واللاهوائي.
2. التفاعل الرابط
- يتم تحويل البيروفات إلى أستيل CoA داخل حشوة الميتوكندريا.
- ينزع الكربوكسيل من البيروفات وتُختزل NAD⁺ إلى NADH.
3. دورة كريبس (دورة حمض الستريك)
- تحدث في حشوة الميتوكندريا.
- كل دورة تنتج: 2 CO₂ + 1 ATP + 3 NADH + 1 FADH₂.
- لكل جلوكوز تحدث دورتان.
4. الفسفرة التأكسدية وسلسلة نقل الإلكترونات
- تحدث في الأعراف (الغشاء الداخلي للميتوكندريا).
- تنتقل الإلكترونات عبر نواقل وتُستخدَم طاقتها لضخ H⁺ عبر الغشاء.
- يعاد إدخال H⁺ عبر إنزيم ATP سينثيز مكونًا كمية كبيرة من ATP (حوالي 34 ATP).
- يتحد O₂ مع H⁺ لتكوين الماء – لذا يُعد الأكسجين المستقبل النهائي للإلكترونات.
التنفس اللاهوائي والتخمر
عند غياب الأكسجين، تلجأ بعض الكائنات إلى مسارات بديلة للحصول على الطاقة. نقل الطاقة في الكائنات الحية هو أساس الحياة حتى في الظروف اللاهوائية.
1. تخمر اللاكتات
- في خلايا العضلات عندما ينخفض الأكسجين.
- يتحول البيروفات إلى لاكتات.
- يحدث ألم العضلات بسبب تراكم اللاكتات.
2. تخمر الإيثانول
- في الخميرة وبعض الكائنات الحية الدقيقة.
- يتحول البيروفات إلى إيثانال ثم إلى إيثانول.
- يُنتج كميات قليلة من الطاقة (2 ATP فقط).
تكيفات فريدة
- تتميز نباتات الأرز بسيقان طويلة ونسيج “الإيرنشيما” الذي يسمح بانتقال الأكسجين إلى الأجزاء المغمورة.
- تستطيع جذور الأرز استخدام تخمر الإيثانول وتحمل تركيزاته العالية، مما يساعد على بقائها حيّة في بيئة مغمورة بالماء.
التنفس الخلوي هو الآلية الأساسية لإنتاج الطاقة في الخلايا، ويؤثر على كل جوانب الحياة. فبدون العملية الحيوية لنقل الطاقة، لا يمكن للعضلات أن تنقبض، ولا يمكن للمواد أن تُنقل، ولا يمكن حتى تصنيع البروتينات وهذا النظام الحيوي المعقد يُجسد عظمة التصميم الإلهي في خلق الحياة.
للمزيد للصف الثاني عشر تابع ما يلي:
