في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نتعرَّف على المتفاعلات والنواتج في عملية التنفس اللاهوائي، ونقارن بين هذه العملية وعملية التنفس الهوائي.
هل سبق أن تشنَّجت عضلاتك أثناء الجري بسرعة كبيرة؟ غالبًا ما يُعتقد أن هذا يحدث بسبب تراكُم حمض اللاكتيك في خلايا عضلاتك، الذي يَنتُج خلال عملية تخمُّر حمض اللاكتيك، وتُسمى هذه العملية أحيانًا بالتنفُّس اللاهوائي. تُنتِج البكتيريا أيضًا حمض اللاكتيك لصُنع الزبادي.
التنفُّس الخلوي هو عملية تُطلِق من خلالها خلايا الكائنات الحيَّة الطاقةَ اللازمة لعملياتها الحيويَّة، مثل النمو والانقسام الخلوي. ويتضمن التنفُّس تكسير المركَّبات العضوية التي تحتوي على كربون، مثل الجلوكوز، إلى جزيئات أصغر، مثل ثاني أكسيد الكربون والماء. تُطلِق هذه العمليةُ الطاقةَ في صورة جزيء يُسمى الأدينوسين ثُلاثي الفوسفات أو ATP.
تعريف: التنفُّس الخلوي
التنفُّس الخلوي هو علمية تُجريها الكائنات الحيَّة لتكسير المركبات التي تحتوي على كربون لإطلاق طاقة في صورة جزيء ATP.
يوجد نوعان مختلفان من التنفُّس الخلوي: التنفُّس الهوائي، والتنفُّس اللاهوائي. يحدُث التنفُّس الهوائي بصفة رئيسية في الميتوكوندريا، ويتطلب وجود الأكسجين والجلوكوز ويُنتِج ثاني أكسيد الكربون والماء. أما التنفُّس اللاهوائي، الذي يحدث في سيتوبلازم الخلية، يمكن أن يحدث في غياب الأكسجين، حيث يتطلب وجود الجلوكوز فقط. وهذا يعني أن التنفُّس الهوائي والتنفُّس اللاهوائي يُستخدمان في أوقات مختلفة اعتمادًا على وفرة الأكسجين.
تعريف: التنفُّس الهوائي
التنفُّس الهوائي هو العملية التي تُطلَق من خلالها الطاقة في الخلايا في وجود الأكسجين.
تعريف: التنفُّس اللاهوائي
التنفُّس اللاهوائي هو العملية التي تُطلق من خلالها الطاقةُ في الخلايا في غياب الأكسجين.
مثال ١: تحديد موقع حدوث التنفس اللاهوائي في خلايا حيوانية
يوضِّح الشكل مُخطَّطًا مُبسَّطًا لخلية حيوانية.
ما الحرف الذي يُشِير إلى موقع حدوث التنفُّس اللاهوائي في الخلية؟
الحل
التنفُّس الخلوي هو عملية تُطلِق من خلالها خلايا الكائنات الحيَّة الطاقةَ اللازمة لعملياتها الحيويَّة، مثل النمو والانقسام الخلوي. يتضمن التنفُّس تكسير المركَّبات العضوية التي تحتوي على كربون، مثل الجلوكوز، إلى جزيئات أصغر، مثل ثاني أكسيد الكربون والماء. تُطلِق هذه العملية طاقة في صورة جزيء يُسمى الأدينوسين الثُّلاثي الفوسفات أو ATP.
يوجد نوعان مختلفان من التنفُّس الخلوي: التنفُّس الهوائي، والتنفُّس اللاهوائي. يحدث التنفُّس الهوائي بصفة رئيسية في الميتوكوندريا، وهي عُضَيَّات كلوية الشكل تحتوي على غشاء داخلي مطوي للغاية. يتطلب حدوث التنفس الهوائي وجود الأكسجين والجلوكوز ويُنتج ثاني أكسيد الكربون والماء وجزيئات ATP. أما التنفُّس اللاهوائي، الذي يحدث في سيتوبلازم الخلية، يمكن أن يحدث في غياب الأكسجين أيضًا، حيث إنه يتطلب وجود الجلوكوز فقط.
يوجد تركيبان آخران موضَّحان في هذا الشكل. التركيب الأول هو النواة، وهي عُضَيَّة مستديرة كبيرة تحتوي على المادة الوراثية للخليَّة، والتركيب الثاني هو الغشاء الخلوي، الذي يُحيط بالخلية ويعمل بشكل أساسي على التحكم في المواد التي يمكن أن تدخل الخلية أو تخرج منها.
لنحدِّدْ موقع هذه التراكيب المختلفة على الشكل الآتي.
ومن ثم، فإن الحرف الذي يُشِير إلى موقع حدوث التنفُّس اللاهوائي في الخلية هو (د).
عندما قطع يوسين بولت مسافة 100 m عدْوًا في دورة الألعاب الأوليمبية لعام 2016، تطلبت عضلاته طاقة أكثر من التي يمكن أن يوفرها التنفُّس الهوائي. بوجهٍ عام، عندما تكون كمية الأكسجين المستنشقة غير كافية لتلبية متطلبات التنفُّس الهوائي، تبدأ خلايا العضلات في إجراء التنفُّس اللاهوائي. يتطلب العدْو إطلاق طاقة بسرعة مقارنة بالركض لمسافات طويلة. عندما ركض محمد فرح مسافة 10 000 m في دورة الألعاب الأوليمبية نفسها، كان لديه وقت لاستنشاق الأكسجين أطول من الذي اُتيح ليوسين أثناء عدْوه. ونظرًا لأن محمدًا كان لديه ما يكفيه من الأكسجين، فقد استخدمت خلاياه في الغالب التنفس الهوائي لإطلاق الطاقة التي تحتاجها.
يعمل التنفُّس اللاهوائي مصدرًا بديلًا للطاقة في الجسم عندما يكون الأكسجين المتوفر قليلًا للغاية ولا يُلبي احتياجاتنا من الطاقة من خلال التنفس الهوائي فقط.
إذن، لماذا يُجري جسم الإنسان عملية التنفُّس الهوائي في الأساس؟ يمكن أن يكون التنفس اللاهوائي مفيدًا في إطلاق الطاقة عندما تكون كمية الأكسجين قليلة، لكن له بعض المساوئ. في الخلايا الحيوانية وفي بعض الخلايا البكتيرية، يُسمى التنفس اللاهوائي بتخمُّر حمض اللاكتيك، وهو عملية تُنتج جزيئين من حمض اللاكتيك عن طريق تكسير جزيء واحد من الجلوكوز. يتطلب التنفُّس اللاهوائي أيضًا وجود بعض الإنزيمات المحدَّدة حتى يتم التفاعل. يوضِّح الإطار الآتي المعادلة الكلامية والمعادلة الرمزية الموزونة لتخمُّر حمض اللاكتيك.
تفاعل: تخمُّر حمض اللاكتيك
يبدأ التنفُّس اللاهوائي بالطريقة نفسها التي يبدأ بها التنفُّس الهوائي. ولعلك تتذكر أن هذا يتضمن تكسير جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك. كما أن هذه هي المرحلة التي يتم فيها إطلاق جزيئين ATP وجزيئين NADH. في الخلايا الحيوانية، في البيئة المنخفضة الأكسجين، يُختزل حمض البيروفيك، بالأخص في الخلايا العضلية، من خلال التفاعل مع جزيء NADH، مما يُضيف ذرتي هيدروجين إلى جزيء حمض البيروفيك، ويُحوله إلى حمض اللاكتيك، الذي يُسمى أيضًا حمض اللبنيك.
مثال ٢: تحديد متفاعلات التنفُّس الهوائي
ما المتفاعل اللازم لحدوث التنفس الهوائي، ولكنه غير لازم لحدوث التنفس اللاهوائي؟
الحل
التنفُّس الخلوي هو عملية تُطلِق من خلالها خلايا الكائنات الحيَّة الطاقةَ اللازمة لعملياتها الحيويَّة، مثل النمو والانقسام الخلوي. يتضمن التنفُّس تكسير المركَّبات العضوية التي تحتوي على الكربون، مثل الجلوكوز، إلى جزيئات أصغر، مثل ثاني أكسيد الكربون والماء. وتُطلِق هذه العملية طاقةً في صورة جزيء يُسمى الأدينوسين الثلاثي الفوسفات أو ATP.
يوجد نوعان مختلفان من التنفُّس الخلوي: التنفُّس الهوائي، والتنفُّس اللاهوائي. يتطلب حدوث التنفس الهوائي وجود الأكسجين والجلوكوز ويُنتج ثاني أكسيد الكربون والماء وجزيئات ATP. أما التنفُّس اللاهوائي، الذي يحدث في سيتوبلازم الخلية، يمكن أن يحدث في غياب الأكسجين أيضًا، حيث يتطلب وجود الجلوكوز فقط. ناتج التنفُّس اللاهوائي في الخلايا الحيوانية هو حمض اللاكتيك، ولذا يُسمى هذا النوع من التنفُّس أحيانًا بتخمُّر حمض اللاكتيك. يُطلِق التنفُّس اللاهوائي طاقةً أقل من تلك التي يُطلِقها التنفُّس الهوائي. ويمكنك الاطلاع على معادلة تخمُّر حمض اللاكتيك بالأسفل:
ومن ثم، فإن المتفاعل اللازم لحدوث التنفس الهوائي، ولكنه غير لازم لحدوث التنفس اللاهوائي هو الأكسجين.
اقترح بعض العلماء أن تراكُم حمض اللاكتيك في الخلايا هو الذي يسبب حدوث تشنُّجات العضلات أثناء ممارسة التمارين الشاقة. ومن ثم، يجب التخلُّص من حمض اللاكتيك الموجود في الخلايا، والناتج أثناء عملية التنفُّس اللاهوائي. يتحقق ذلك من خلال تفاعل حمض اللاكتيك مع الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. يمكنك الاطلاع على المعادلة الكلامية والمعادلة الرمزية الموزونة لتكسير حمض اللاكتيك في الإطار الآتي.
تفاعل: تكسير حمض اللاكتيك
نظرًا لأن التخلُّص من حمض اللاكتيك الموجود في الخلايا يتطلب وجود الأكسجين، يُقال إن تخمُّر حمض اللاكتيك يسبب دَيْنًا أكسجينيًّا. وهذا يعني أنه على الرغم من أن التنفس اللاهوائي لا يتطلب وجود الأكسجين نفسه، فإن التخلص من هذا الناتج الثانوي لحمض اللاكتيك يتطلب وجود الأكسجين. ولهذا السبب يتنفس الأشخاص بصعوبة بالغة بعد مُمارسة التمارين الشاقة، لأنهم يُحاولون الحصول على أكبر كمية ممكنة من الأكسجين لسداد هذا الدَّيْن الأكسجيني.
مصطلح رئيسي: الدَّيْن الأكسجيني
يصف الدَّيْن الأكسجيني صعوبة التنفس التي تحدث بعد مُمارسة تمرين مكثَّف لتكسير حمض اللاكتيك الناتج أثناء التنفس اللاهوائي.
يُطلِق التنفُّس اللاهوائي أيضًا طاقةً أقل من تلك التي يُطلِقها التنفُّس الهوائي. وفي حين يُمكن أن يُطلق التنفُّس الهوائي ما يصل إلى 38 جزيئًا من جزيئات ATP لكل جزيء واحد من الجلوكوز، لا يُطلق التنفُّس اللاهوائي إلا جزيئَيْ ATP. وهذا يعني أنه يُفضَّل إجراء التنفس الهوائي كلَّما أمكن ذلك لإطلاق الطاقة الخلوية، لأنه أكثر فاعلية بكثير.
لنقارن بين عمليتَي التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي في الحيوانات باستخدام شكل فن الموضَّح في الشكل 1. تُشير الدائرة اليمنى إلى الخصائص الرئيسية للتنفُّس الهوائي، بينما تشير الدائرة اليسرى إلى خصائص التنفُّس اللاهوائي. وتوضِّح المساحة المشتركة بين الدائرتين الخصائص المشتركة للتفاعلين.
مثال ٣: تحديد طريقة التنفس في حالات مختلفة
حدِّد إذا ما كانت خلايا الجسم تتنفس هوائيًّا أو لاهوائيًّا للحصول على احتياجاتها من الطاقة في كلٍّ من الأمثلة الآتية.
- يَجري شخص في ماراثون مسافة 26 ميلًا خلال زمن قدره 4 ساعات.
- يركض طفل بسرعة مسافة 50 مترًا في ممرٍّ خلال زمن قدره 8 ثوانٍ.
- يلمح أرنب ثعلبًا في حديقة، فيقفز بعيدًا بسرعة.
الحل
التنفُّس الخلوي هو عملية تُطلِق من خلالها خلايا الكائنات الحيَّة الطاقةَ اللازمةَ لعملياتها الحيويَّة، مثل النمو والانقسام الخلوي. يتضمن التنفس تكسير الجلوكوز إلى جزيئات أصغر. تُطلِق هذه العمليةُ طاقةً في صورة جزيء يُسمى الأدينوسين الثلاثي الفوسفات أو ATP.
يوجد نوعان مختلفان من التنفُّس الخلوي: التنفُّس الهوائي، والتنفُّس اللاهوائي. يتطلب حدوث التنفُّس الهوائي وجود الأكسجين والجلوكوز ويُنتج ثاني أكسيد الكربون والماء، بينما يحدث التنفُّس اللاهوائي في غياب الأكسجين، حيث يتطلب وجود الجلوكوز فقط.
الجزء الأول
إذا وُزِّعت احتياجات خلايا كائن حي من الطاقة على مدى فترة زمنية طويلة، كما يحدث أثناء الجري في ماراثون، فمن المرجح أن يحدث التنفس الهوائي بدلًا من التنفس اللاهوائي. ويعود السبب في ذلك إلى توفُّر كمية أكسجين كافية لحدوث التنفس الهوائي الأكثر فاعلية لتلبية احتياجات الطاقة.
ومن ثم، إذا جرى شخص في ماراثون، فمن المرجح أن تتنفس خلايا جسمه هوائيًّا.
الجزء الثاني
يُطلِق التنفُّس اللاهوائي طاقةً أقل من تلك التي يطلقها التنفُّس الهوائي. في الخلايا الحيوانية، تُنتج هذه العملية ناتجًا ثانويًّا يُسمى حمض اللاكتيك، الذي يجب أن تتخلص منه الخلايا. ومن ثم، لا يُستخدم التنفس اللاهوائي إلَّا عندما تكون كمية الأكسجين المتوفرة قليلة للغاية وغير كافية لتلبية احتياجات الطاقة الكبيرة، كما يحدث أثناء العَدْو في سباق أو الهروب من حيوان مفترس.
ومن ثم، إذا ركض طفل بسرعة في ممرٍّ، فمن المُرجَّح أن تتنفس خلايا جسمه لاهوائيًّا.
الجزء الثالث
عادةً ما تفترس الثعالب الأرانب، حيث إن الثعالب من أقوى، أو أشرس، الحيوانات المفترسة في العديد من الشبكات الغذائية. لذلك من الأفضل للأرنب أن يفرَّ من الثعلب في أسرع وقت ممكن لتجنُّب تعرُّضه للقتل والافتراس. ونظرًا لأن الأرنب يجب أن يتحرك بسرعة، كما هو موضَّح في السؤال، فمن المرجح أن تحتاج خلاياه إلى طاقة أكثر من تلك التي يمكن أن يُوفِّرها التنفس الهوائي الذي يعتمد على الأكسجين.
ومن ثم، من المرجَّح أن تتنفس خلايا جسم الأرنب الذي يفرُّ من الثعلب لاهوائيًّا.
يختلف التنفُّس اللاهوائي باختلاف الكائنات الحيَّة في ممالك الحياة المختلفة. فبينما تُنتج الخلايا الحيوانية وبعض الخلايا البكتيرية حمض اللاكتيك، نجد أن الخلايا النباتية والفطرية، مثل فطر الخميرة، تتنفس لاهوائيًّا أيضًا، ولكنها تُنتِج في المقابل ثاني أكسيد الكربون والإيثانول. ويُسمى هذا بالتخمر الكحولي، لأن الإيثانول من الكحولات. ومن المثير للاهتمام، في النباتات الزهرية، التي تُسمى أيضًا مغطاة البذور، ملاحظة أن البذور النابتة أيضًا تتنفس لا هوائيًّا. يوضِّح الإطار الآتي المعادلة الكلامية والمعادلة الرمزية الموزونة للتخمر الكحولي.
تفاعل: التخمر الكحولي
مثال ٤: تحديد المعادلة الكلامية للتنفس اللاهوائي في الخلايا الحيوانية
أيٌّ ممَّا يأتي هو المعادلة الكلامية الصحيحة للتنفس اللاهوائي في الخلايا الحيوانية؟
- حمض اللاكتيك الجلوكوز
- الجلوكوز + الأكسجين ثاني أكسيد الكربون + الماء
- الجلوكوز + الأكسجين حمض اللاكتيك
- الجلوكوز حمض اللاكتيك
- الجلوكوز ثاني أكسيد الكربون
الحل
التنفُّس الخلوي هو عملية تُطلِق من خلالها خلايا الكائنات الحيَّة الطاقة اللازمة لعملياتها الحيويَّة، مثل النمو والانقسام الخلوي. يتضمن التنفس تكسير الجلوكوز إلى جزيئات أصغر. وتُطلِق هذه العملية طاقة في صورة جزيء يُسمى الأدينوسين الثلاثي الفوسفات أو ATP.
هناك نوعان مختلفان من التنفُّس الخلوي: التنفُّس الهوائي، والتنفُّس اللاهوائي. يتطلب حدوث التنفُّس الهوائي وجود الأكسجين والجلوكوز ويُنتج ثاني أكسيد الكربون والماء. أما التنفُّس اللاهوائي، الذي يحدث في سيتوبلازم الخلية، فيمكن أن يحدث في غياب الأكسجين، حيث يتطلب وجود الجلوكوز فقط. في الخلايا الحيوانية وبعض الخلايا البكتيرية، يُنتِج التنفُّس اللاهوائي حمض اللاكتيك. في خلايا فطر الخميرة والخلايا النباتية، يُنتج التنفس اللاهوائي الإيثانول وثاني أكسيد الكربون.
ونظرًا لأن الجلوكوز يجب أن يكون متفاعلًا في كلا نوعَي التنفس الخلوي، فإن الخيار (أ) غير صحيح. يذكر كلا الخيارين (ب) و(ج) الأكسجين باعتباره متفاعلًا في معادلة التنفس. وبما أنه يُشترط وجود الأكسجين لحدوث التنفس الهوائي فقط، ولا يُشترط وجوده لحدوث التنفس اللاهوائي، فالخياران (ب) و(ج) غير صحيحين. في الواقع، يمثِّل الخيار (ب) المُعادلة الكلامية الصحيحة للتنفس الهوائي.
وبينما تُنتِج خلايا فطر الخميرة والخلايا البكتيريةُ الإيثانولَ وثانيَ أكسيد الكربون عند قيامها بالتنفس اللاهوائي، تُنتج الخلايا الحيوانية حمض اللاكتيك.
ومن ثم، فإن المعادلة الكلامية الصحيحة للتنفس اللاهوائي في الخلايا الحيوانية هي الجلوكوز حمض اللاكتيك.
يمكن أن تكون نواتج التنفس اللاهوائي في الكائنات الحية الدقيقة المختلفة مفيدة جدًّا للبشر.
حيث تُنتِج بعض البكتيريا حمض اللاكتيك عندما تتنفس لاهوائيًّا. ويمكن زراعة هذه البكتيريا لإجراء تخمُّر حمض اللاكتيك على نطاق واسع. كما يمكن استخدام كميات حمض اللاكتيك الكبيرة التي تُنتجها هذه البكتريا لإنتاج الزبادي.
فطر الخميرة هو فطر تُنتج خلاياه ثاني أكسيد الكربون والإيثانول خلال التنفس اللاهوائي. وغالبًا ما يُستخدم فطر الخميرة في صناعة الخبز، حيث إن ثاني أكسيد الكربون الذي يُطلقه هو ما يسبب انتفاخ الخبز. الناتج الآخر الذي تُنتجه خلايا فطر الخميرة خلال التنفس اللاهوائي هو الإيثانول، وهو نوع من أنواع الكحول. وتُسمى هذه العملية بالتخمر الكحولي. يُزرع فطر الخميرة أيضًا على نطاق واسع لإجراء التخمر الكحولي في صناعة المشروبات الكحولية مثل البيرة والنبيذ. عندما تتنفس خلايا فطر الخميرة لاهوائيًّا، فإنها تُنتج الكحول الذي يُضاف إلى هذه المشروبات الكحولية خلال تصنيعها.
مثال ٥: تحديد المعادلة الكلامية للتنفس اللاهوائي في خلايا فطر الخميرة
باستبعاد الطاقة، أو جزيئات ATP، اذكر المعادلة الكلامية للتنفس اللاهوائي في خلايا فطر الخميرة.
- جلوكوز إيثانول + ثاني أكسيد الكربون
- إيثانول جلوكوز + ثاني أكسيد الكربون
- جلوكوز ثاني أكسيد الكربون
- جلوكوز + ثاني أكسيد الكربون إيثانول
الحل
التنفُّس الخلوي هو عملية تُطلِق من خلالها خلايا الكائنات الحيَّة الطاقة اللازمة لعملياتها الحيويَّة، مثل النمو والانقسام الخلوي. يتضمن التنفس تكسير الجلوكوز إلى جزيئات أصغر. وتُطلِق هذه العملية الطاقةَ في صورة جزيء يُسمى الأدينوسين الثلاثي الفوسفات أو ATP.
يوجد نوعان مختلفان من التنفُّس الخلوي: التنفُّس الهوائي، والتنفُّس اللاهوائي. يتطلب حدوث التنفُّس الهوائي وجود الأكسجين والجلوكوز ويُنتج ثاني أكسيد الكربون والماء. أما التنفُّس اللاهوائي فيحدث في غياب الأكسجين، حيث يتطلب وجود الجلوكوز فقط. في الخلايا الحيوانية وبعض الخلايا البكتيرية، يُنتِج التنفُّس اللاهوائي حمض اللاكتيك. وفي خلايا فطر الخميرة والخلايا النباتية، يُنتج التنفس اللاهوائي الإيثانول وثاني أكسيد الكربون.
نظرًا لأن الجلوكوز يجب أن يكون متفاعلًا في كلا نوعَي التنفس الخلوي، فإن الخيار (ب) غير صحيح، لأن الإيثانول هو المتفاعل في هذه الحالة. في التنفس اللاهوائي، يكون الجلوكوز هو المتفاعل الوحيد، وهو ما يجعل الخيار (د) غير صحيح أيضًا، حيث أُدرِج الجلوكوز وثاني أكسيد الكربون باعتبارهما متفاعلين هنا. وبينما تُنتج الخلايا الحيوانية حمض اللاكتيك عند قيامها بالتنفس اللاهوائي، تُنتج خلايا فطر الخميرة الإيثانول وثاني أكسيد الكربون.
ومن ثم، فإن المُعادلة الكلامية للتنفس اللاهوائي في خلايا فطر الخميرة هي الجلوكوز الإيثانول + ثاني أكسيد الكربون.
ثمة تجربة بسيطة يمكن إجراؤها لشرح التنفس اللاهوائي في فطر الخميرة. ويوضِّح الشكل 2 الجهاز المستخدم في هذه التجربة.
أولًا، يُضاف الجلوكوز إلى أنبوب الاختبار الذي يحتوي على خلايا فطر الخميرة. يُمِدّ هذا الجلوكوز فطر الخميرة بالسكر الذي يمكن تكسيره لإطلاق الطاقة من خلال التنفس. ثم يُضاف البرافين السائل فوق محلول الجلوكوز وفطر الخميرة. هذه الطبقة من البرافين السائل غير مُنفِذة للأكسجين، ولذا تمنع الأكسجين من الانتشار بالقرب من فطر الخميرة، ومن ثم، تمنع حدوث التنفس الهوائي. وهذا يعني أنه لن يحدث إلا التنفس اللاهوائي في فطر الخميرة. يضمن بُرْغِيُّ إحكام الغلق الموجودُ في أعلى هذا الأنبوب عدمَ دخول الهواء الجوي إلى أيٍّ من أنابيب الاختبار.
يحتوي أنبوب الاختبار الآخر، المتصل بالأنبوب الأول عبر أنبوب توصيل، على ماء الجير. ماء الجير مادة تتعكر عند مرور غاز ثاني أكسيد الكريون فيها. يحتوي الهواء الجوي على تركيزات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون، لذا من الضروري غلق بُرْغِيِّ إحكام الغلق عند بدء التجربة. والسبب في هذا هو أننا نحاول الكشف عن أي ثاني أكسيد كربون ينطلق عندما يتنفس فطر الخميرة لاهوائيًّا، وليس الكشف عن وجود ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي. وتدل فقاعات الغاز الناتجة من محلول الجلوكوز وفطر الخميرة على أن خلايا فطر الخميرة تُنتج ثاني أكسيد الكربون، ومن ثم فإنها تقوم بعملية التنفس اللاهوائي.
طريقة: التحقق من عملية التنفس اللاهوائي في فطر الخميرة
- أضِف ماء الجير إلى أنبوب اختبار.
- أضِف الجلوكوز إلى أنبوب اختبار آخر.
- قم بغَلْي محلول الجلوكوز لتعقيمه والتخلُّص من أي أكسجين فيه.
ملاحظة: الهدف من هذا هو ضمان أن يكون التنفّس لاهوائيًّا فقط، وكذلك ضمان عدم وجود أي كائنات حية دقيقة. - دع محلول الجلوكوز يبرد قبل إضافة خلايا فطر الخميرة.
ملاحظة: درجة الحرارة المرتفعة للغاية ستقتل خلايا فطر الخميرة. - ضع طبقة من زيت البرافين فوق محلول الجلوكوز وفطر الخميرة.
ملاحظة: هذا يضمن عدم دخول الأكسجين إلى المحلول لكي يكون التنفس لاهوائيًّا. - وصِّل أنبوبَي الاختبار بأنبوب توصيل وأغلق بُرْغِيَّ إحكام الغلق.
ملاحظة: هذا يمنع دخول الهواء الجوي الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون إلى أنابيب الاختبار. - دع فطر الخميرة يتنفس لاهوائيًّا.
ملاحظة: قد يستغرق هذا عدة ساعات حتى يحدث تغيير ملحوظ. ينبغي أن تنتج خلايا فطر الخميرة الإيثانول وثاني أكسيد الكربون وتُطلِق حرارة. ونتيجة لذلك يجب أن ترتفع درجة حرارة أنبوب الاختبار الذي يحتوي على فطر الخميرة قليلًا. - لاحظ حدوث أي تغييرات في ماء الجير.
ملاحظة: إذا كانت خلايا فطر الخميرة تتنفس لاهوائيًّا، فسيتعكر ماء الجير ويتحول لونه إلى اللون الأبيض.
يمكن استخدام تجارب أخرى عديدة لتحديد تأثيرات درجة الحرارة ومتفاعلات السكر المختلفة على معدل التنفس اللاهوائي في فطر الخميرة. تتضمن معظم هذه التجارب قياس حجم ثاني أكسيد الكربون أو الإيثانول الناتج خلال فترة زمنية محددة.
لنلخص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الشارح.
النقاط الرئيسية
- يتطلب حدوث التنفُّس الهوائي وجود الأكسجين، بينما لا يتطلب حدوث التنفس اللاهوائي وجوده.
- يُسمى التنفس اللاهوائي في الخلايا الحيوانية وبعض الخلايا البكتيرية تخمُّر حمض اللاكتيك، حيث يجري تكسير الجلوكوز لإنتاج حمض اللاكتيك وبعض جزيئات ATP.
- يُسمى التنفس اللاهوائي في خلايا فطر الخميرة والخلايا النباتية بالتخمر الكحولي، حيث يجري تكسير الجلوكوز لإنتاج الإيثانول وثاني أكسيد الكربون وبعض جزيئات ATP.
- يمكن استخدام التنفس اللاهوائي في الكائنات الحية الدقيقة المختلفة تجاريًّا لإنتاج الزبادي والخبز والمشروبات الكحولية.