أهداف التعلم

• أن يعرّف الطالب عملية التنفس الخلوي ويوضّح أهميتها لجميع الكائنات الحية.
• أن يحدد الطالب موقع حدوث التنفس الخلوي داخل الخلية.
• أن يكتب الطالب المعادلة الكيميائية العامة للتنفس الخلوي الهوائي.
• أن يميّز الطالب بين التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي (التخمر).
• أن يقارن الطالب بين عمليتي البناء الضوئي والتنفس الخلوي.

شرح الدرس

مفهوم التنفس الخلوي وأهميته

التنفس الخلوي هو عملية كيميائية تحدث داخل خلايا جميع الكائنات الحية (النباتية والحيوانية على السواء)، يتم فيها تكسير جزيئات الجلوكوز (الغذاء) في وجود الأكسجين لإطلاق الطاقة الكيميائية المخزنة فيه، وتحويلها إلى صورة يمكن للخلية استخدامها مباشرة في جميع أنشطتها الحيوية (الحركة، والنمو، وبناء المواد، ونقل المواد عبر الأغشية، وغيرها). ولا ينبغي الخلط بين التنفس الخلوي (عملية كيميائية داخل الخلايا) والتنفس الرئوي (عملية تبادل الغازات بين الجسم والهواء الخارجي عبر الرئتين)؛ فالثاني وسيلة لتزويد الخلايا بالأكسجين اللازم للأول والتخلص من ثاني أكسيد الكربون الناتج عنه.

موقع حدوث التنفس الخلوي: الميتوكوندريا

تحدث معظم مراحل التنفس الخلوي الهوائي داخل عضية خلوية تُسمى الميتوكوندريا، الموجودة في خلايا جميع الكائنات الحية حقيقية النواة تقريبًا، ولذلك يُطلق عليها أحيانًا “بيت الطاقة” أو “محطة توليد الطاقة” في الخلية؛ لأنها المسؤولة عن إنتاج معظم الطاقة اللازمة لأنشطة الخلية.

المعادلة الكيميائية العامة للتنفس الخلوي الهوائي

يمكن تلخيص عملية التنفس الخلوي الهوائي بالمعادلة الكيميائية التالية:

أي: الجلوكوز + الأكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + الماء + طاقة. ويلاحَظ أن هذه المعادلة هي عكس معادلة البناء الضوئي تقريبًا من حيث المتفاعلات والنواتج؛ ففي البناء الضوئي تُخزَّن الطاقة الضوئية في جزيء الجلوكوز، بينما في التنفس الخلوي تُطلَق هذه الطاقة المخزنة لاستخدامها في أنشطة الخلية.

التنفس الهوائي واللاهوائي

• التنفس الهوائي: يحتاج إلى وجود الأكسجين، ويحدث في معظم خلايا الكائنات الحية، وينتج كمية كبيرة نسبيًا من الطاقة من كل جزيء جلوكوز، لأنه يكسّر الجلوكوز بشكل كامل إلى ثاني أكسيد الكربون وماء.
• التنفس اللاهوائي (التخمر): يحدث في غياب الأكسجين أو عند نقصه الشديد (مثل العضلات أثناء مجهود بدني عنيف)، وينتج كمية أقل بكثير من الطاقة، مع تكوّن نواتج جانبية مثل حمض اللاكتيك في خلايا العضلات، أو الكحول الإيثيلي وثاني أكسيد الكربون في بعض الكائنات الدقيقة كالخميرة (وهي الأساس في عمليتي التخمير وصناعة الخبز).

مقارنة بين البناء الضوئي والتنفس الخلوي

أسئلة للتدريب

• اكتب المعادلة الكيميائية العامة للتنفس الخلوي الهوائي، ووضّح كل رمز فيها.
• أين تحدث معظم مراحل التنفس الخلوي الهوائي داخل الخلية؟
• وضّح الفرق بين التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي من حيث الحاجة للأكسجين وكمية الطاقة الناتجة.
• قارن بين عمليتي البناء الضوئي والتنفس الخلوي من حيث المتفاعلات والنواتج وموقع الحدوث.