التنفس اللاهوائي

التنفس اللاهوائي
التخمر:
تنفس بعض الكائنات الحية مثل البكتريا والخميرة تنفسًا لا هوائيًا وذلك في حالة نقص أو إنعدام الأكسجين.
عملية التخمر لا تحتاج أكسجين ولكنها تتم في وجود مجموعة من الإنزيمات.
1- تمر عملية التنفس اللاهوائي بنفس المراحل الأولى من التنفس الهوائي حيث يحدث انشطار الجلوكوز وتكوين 2 جزئ حمض بيروفيك وينتج عن ذلك 2ATP (يعاد استهلاك 2NADH الناتجة أثناء انشطار الجلوكوز في التحولات التالية).
2- يتحد تحول حمض البيروفيك في التنفس اللاهوائي حسب نوع الخلية:
" في الخلايا الحيوانية (مثل خلايا العضلات) تلجأ إلى التنفس اللاهوائي عند نقص الاكسجين يتحول حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك الذي يتراكم في العضلات مسببًا التعب العضلي وغذا توافر الأكسجين بعد ذلك فإن حمض اللاكتيك يتحول إلى حمض البيروفيك مرة أخرى ثم وإذا توافر الأكسجين بعد ذلك فإن حمض اللاكتيك يتحول إلى حمض البيروفيك مرة أخرى ثم أستيل CO - A ليدخل في دورة كربس ويتغير التنفس اللاهوائي إلى التنفس الهوائي.
" في بعض أنواع من البكتيريا يتحول حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك (مثل بكتيريا الزبادي) يعرف ذلك بالتخمر الحمضي.
" في فطر الخميرة وبعض أنسجة النباتات يتحول حمض البيروفيك إلى كحول إيثيلي وينطلق يعرف ذلك بالتخمر الكحولي
التنفس في الإنسان
الجهاز التنفسي:
يتكون من:
- الأنف: مبطن بشعيرات دموية كثيرة وشغيرات ويفرز مخاط.
- البلعوم: طريق مشترك لكل من الهواء والماء.
- القصبة الهوائية: مزودة بحلقات غضروفية وتبدأ بالحنجرة (صندوق الصوت).
- الشعبتين الهوائيتين: تدخل كل شعبة في رئة وتتفرع بداخلها إلى شعيبات تنتهي بتفرعات دقيقة تتصل بأكياس تسمى الحويصلات الهوائية.
- الرئتين: تحتوي على الحويصلات الهوائية التي يصل عددها في كل رئة حوالي 600 مليون حويصلة وجدرها رقيقة تحيط بها شعيرات دموية كثيفة).
الملاءمة الوظيفية للجهاز التنفسي:
1- يحتوي الأنف على شعيرات دموية كثيرة (لتدفئة الهواء الداخل إلى الرئتين) ومخاط (يرطب الأنف) وشعيرات (تعمل على ترشيح الهواء من الأتربة).
2- تحتوي القصبة الهوائية على حلقات غضروفية (تجعلها مفتوحة باستمرار) وتبطن من الداخل بأهداب تتحرك من أسفل إلى أعلى (لطرد الأجسام الغريبة التي تدخل مع الهواء).
3- جدر الحويصلات الهوائية رقيقة ومحاطة بشبكة كثيفة من الشعيرات الدموية (حتى يتم تبادل الغازات ويحصل الدم على الأكسجين من الحويصلات الهوائية).
لذا تعتبر جدر الحويصلات الهوائية أسطح تنفسية فعلية.
ميكانيكية التنفس في الإنسان:
تعمل عضلة الحجاب الحاجز والعضلات الصدرية الداخلية والخارجية على اتمام عملية التنفس.


- في دل دورة تنفسية (شهيق وزفير) يتم تهوية 10% فقط من السعة الكلية للرئتين وتتفاوت هذه النسبة حسب حالة الجسم فهي تزيد في حالةبذل المجهود وتقل أثناء الراحة.
- بعد اتمام الزفير يتخلف جزء من الهواء يسهم في:
1- تدفئة الهواء الجديد الداخل إلى الئتين.
2- يحافظ على عدم التصاق جدر الحويصلات الهوائية.
- التغير في معدل التنفس من حيث السرعة أو عمق التنتفس يصاحبه تغيرات مماثلة في معدل ضربات القلب.
- يقوم مركز التنفس الموجود في النخاع المستطيل بالمخ بتنظيم معدل التنفس.
- يلعب الجهازالتنفسي دورًا هامًا في إخراج بعض الماء (على صورة بخار) مع هواء الزفير حيث يفقد الغنسان حوالي 500 سم3 من الماء يوميًا عن طريق الرئتين وهذا يمثل 20% من الماء الذي يخرجه الإنسان في اليوم (يخرج الإنسان حوالي 2500 سم3 من الماء يوميًا).
- يعمل بخار الماء الخارج مع هواء الزفير على:
1- ترطيب جدر الحويصلات الهوائية.
2- سهولة اتمام عملية تبادل الغازات بين هواء الحويصلات والدم المار في الشعيرات الدموية المحيطة بها حيث تكون هذه الغازات ذائبة في بخار الماء.
التنفس في النبات
يخزن النبات الطاقة في جزئيات الغذاء الذي يكون بعملية البناء الضوئي وعند احتياج النبات لقدر من هذه الطاقة يقوم بتحريرها من جزئيات الغذاء في سلسلة من التفاعلات (تسمى دورة كربس).
أنواع التنفس في النبات:
1- تنفس هواء (يتم في وجود الأكسجين).
2- تنفس لا هوائي (يتم في غياب الأكسجين).
التنفس في النبات يتم بصورة مباشرة:
- في كثير من النباتات البسيطة ينتشر إلى داخل الخلايا وينتشر إلى خارجها.
- في النباتات الوعائية يصل الأكسجين إلى الخلايا من خلال طرق مختلفة مثل: 1- ثغور الأوراق
2- أنابيب اللحاء
3- الجذور
4- التشققات والعديسات
ويتخلص النبات من الناتج من التنفس بالانتشار المباشر من الخلايا المعرضة مباشرة للهواء- أما الخلايا البعيدة فتمرر إلى الخشب أو اللحاء ثم إلى الثغور ثم إلى الخارج.
علاقة البناء الضوئي بالتنفس في النبات:


- الأكسجين الناتج من عملية البناء الضوئي في البلاستيدة يستخدمه النبات في تحرير الطاقة من المواد العضوية أثناء عملية التنفس في الميتوكوندريا.
- ثاني أكسيد الكربون الناتج من عملية التنفس يستخدم النبات في عملية البناء الضوئي، أي أن ما يتم في البلاستيدة ينعكس في الميتوكوندريا.
تجربة لايضاح انطلاق خلال التنفس الهوائي:
أ- تنفس الأجزاء غير الخضراء (البذور):
الخطوات:
1- نجهز ثلاث معوجات ونضع في الأولى بذور بسلة جافة ونضع في الثانية والثالثة بذور ثابتة.
2- نغمر طرف ساق المعوجة الأولى والثالثة في محلول KOH والثانية في محلول NaCl.
3- نترك المعوجات الثلاث لفترة من الوقت.
الملاحظة
لا يحدث شئ في حالة المعوجة الأولى والثانية بينمايرتفع محلول KOH في ساق المعوجة الثالثة.
الاستنتاج:
1- البذور الجافة لا تتنفس بنشاط لذا لا يحدث تغير في التجربة.
2- البذور النابتة تحتاج إلىطاقة لذا تتنفس بنشاط لتحل على ما يلزمها من طاقة.
البذور في المعوجة الثانية تستهلك الاكسجين الموجود في المعوجة وتطلق ثاني أكسيد الكربون ولا يحدث في التجربة لأن كمية الأكسجين الممتصة = كمية ثاني أكسيد الكربون المنطلقة من تنفس البذور، لذا يظل حجم الهواء ثابت في المعوجة على الرغم من تغير نسب مكوناته من الغازات.
3- ارتفاع KOH في ساق المعوجة الثالثة يرجع إلى زوبان ثاني أكسيد الكربون في محلول KOH لذا يقل حجم الهواء في المعوجة فيرتفع المحلول في ساق المعوجة مما يؤكد تنفس البذور وانطلاق ثاني أكسيد الكربون.
يمكن أن تتنفس البذور لا هوائيًا إذا وضعت في ظروف لا هوائية (غياب الأكسجين).
ب- تنفس الأجزاء النباتية الخضراء:
الخطوات:
1- نضع نبات أخضر مزروع في أصيص أسفل ناقوس زجاجي ونضع أيضًا معه كأسًا يحتوي ماء جير رائ.
2- نغطي الناقوس الزجاجي بقطعة قماش سوداء.
3- نضع أصيص خالي من النبات ومعه كأس به ماء جير وننكس فوقهما ناقوس زجاجي مغطى بقماش أسود أيضًا.
4- نضع كاسًا به ماء جير رائق في الهواء.
5- نترك هذه الأجهزة فترة من الوقت.
الملاحظة
يتعكر ماء الجير في الكأس الموجودة بجوار النبات أسفل الناقوس ولا يتعكر ماء الجير الموجود في الكأسين الآخرين (أو يكون التعكير بسيطء).
الاستنتاج:
- النبات المزروع في الأصيص تنفس وأخرج ثاني أكسيد الكربون الذي عكس ماء الجير- سبب تغطية الناقوس بقماش أسود حتى لا يقوم النبات بعملية البناء الضوئي ويستهلك ثاني اكسيد الكربون الناتج من التنفس.
- سبب عدم تعكر ماء الجير في الكأسين الآخرين يرجع إلى ضآلة نسبة ثاني أكسيد الكربون سواء في الهواء الجوي أو في هواء الناقوس.
- نستنتج من ذلك أن النبات الأخضر يتنفس وينطلق عن ذلك ثاني أكسيد الكربون.
تجربة توضح عملية التخمر الكحولي (التنفس اللاهوائي):
الخطوات:
1- نضع محلول سكري من العسل الأسود المخفف بضعف حجمه من الماء في دورق ونضيف إليه قدر من الخميرة (من الفطريات).
2- نسد الدورق بسدادة تنفذ منها أنبوبة توصيل نغمر طرفها في كأس به ماء جير.
3- نترك الجهاز عدة ساعات في مكان دافئ.
الملاحظة
تتصاعدج فقاعات تعكر ماء الجير ونشم رائحة من محتويات الدورق.
الاستنتاج:
- تعكر ماء الجير دليل علىتصاعد غار ثاني أكسيد الكربون (ينتج من تنفس فطر الخميرة).
- الرائحة التي نشمها هي رائحة الكحول (ينتج من تنفس فطر الخيمرة).
- نستنتج من ذلك أن فطر الخميرة يتنفس لا هوائيًا ونتيجة هذا التنفس تصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون وتكون الكحول الإيثيلي لذا يطلق على هذا النوع من التنفس اسم (التخمر الكحولي).