ماذا تنتج الطاقة عن عملية التخمر دون استخدام
تعد عملية التخمير عبارة استخلاص طاقة تنتج من عمليات الأكسدة وأيضاً عمليات الاختزال، والتي تحدث للمركبات، كما أن عملية التخمر تنتج واحداً من أهم العناصر الموجودة في الطبيعة، والتي سوف نقوم بذكرها في الفقرات القادمة بشكل من التفصيل.
- تقوم عملية التخمر بإنتاج الطاقة دون استخدام (الأكسجين)، حيث يحدث ذلك من خلال تعزيز نشاط عمل الخلايا باستخدام جزئ (أدينوسين ثلاثي الفوسفات)، كما يطلق على صنع الطاقة وإنتاجها دون الأكسجين مصطلح التنفس اللاهوائي.
- بالإضافة إلى أنه يتم إنتاج الطاقة عن طريق عملية التنفس الخاص بالخلية عن طريق الجلوكوز، حيث يجب أن تمر هذه العملية بمراحل ثلاث أولها تحلل السكر ثم الأكسدة البيروفيتية التي تسمح بنقل الإلكترون.
- وأيضاً هناك عملية خاصة أخرى بإنتاج الطاقة من التنفس، والتي تتم من خلال استخدام (عملية خلوية هوائية)، حيث تتطلب مرحلة هامة وهي مرحلة نقل الإلكترون في وجود الأكسجين.
ما هي عملية التخمير؟
هي عبارة عن عملية تمثيل غذائي، والذي ينتج عنها تغيرات كيميائية عن طريق الركائز العضوية في عمل الإنزيمات.
- التعريف الخاص بالتخمير في الكيمياء العضوية: هي العملية التي ينتج عنها استخراج الطاقة من الكربوهيدرات أي (الكربون والهيدروجين) المتواجدين في الغذاء.
- التعريف الخاص بالتخمير عند الكائنات الحية الدقيقة: هي تعد الوسيلة الأولى التي تقوم بإنتاج (أدينوسين ثاني الفوسفات)، وذلك يكون أثناء تحلل المغذيات العضوية للاهوائية.
- عملية التخمير: هي عملية رئيسية أثناء صناعة الخبز والجبن البيتي واللبن الرايب.
- تم استخدام عملية التخمير منذ العصر الحجري لكي يتم إنتاج مواد الغذاء والمشروبات، ومثال على ذلك تم استخدام التخمير في إنتاج المشروبات الكحولية مثل النبيذ.
- تحدث عملية التخمير داخل الجهاز الهضمي في الحيوانات، وكذلك في الجهاز الهضمي للإنسان.
كيف تحدث عملية التخمير
تحدث عملية التخمير من خلال الميكروبات، وهي تكون الكائنات الحية الدقيقة والتي تتمثل في البكتيريا والعفن والخمير، مثال على ذلك الفطريات أو العفن الذي تقوم بإنتاج البنسلين عند دمج السكر والأملاح المعدنية.
- مثال آخر: تقوم الخميرة بتحلل السكر الذي ينتج عن الحبوب المنقوعة في المياه، حيث تحلله إلى غاز الكحول الإيثيلي وغاز ثاني أكسيد الكربون، وذلك في حال إنتاج البيرة.
أنواع التخمير
هناك ثلاثة أنواع التي من خلالهم إتمام عملية التخمير، وهما كما يلي:
- التخمير بتحليل السكر:
- يطلق عليه هذا الاسم لأنه يبدأ بتحليل السكر من خلال التقليل من نسب الجزيئات الخاصة لكل من ناقلات الإلكترون، والتي تُسمى (NAD).
- لكي يتم تقسيمها إلى جزيئين من مادة (NADH)، حيث يتم أكسدة الخلية التي تم تقسيمها، حتى يستمر تحليل السكر، كما يختلف التخمر في الكائنات الحية الخاص بتحليل السكر، ليتواجد منه نوعان التخمير الكحولي وتخمير اللاكتيك (الذي يتم إجراءه في خلايا البشر).
- التخمير الكحولي:
- تتم هذه العملية عن طريق انقسام الجلوكوز وتحلل السكر ويتطلب التخمر الكحولي وجود الإلكترونات التي يتم استخراجها من (NADH).
- مثال على ذلك هو التخمير في الخبز وهو أحد أنواع الخمائر الكحولية التي تنتج ثاني أكسيد الكربون كغاز، والذي يتسبب بارتفاع العجينة وحدوث الكثير من الثقوب.
- خمائر حمض اللاكتيك:
- تتم هذه العملية من خلال البكتيريا ومثال عليها البكتيريا التي توجد في الزبادي، حيث يتم إفراز خمائر اللاكتيك عند الإنسان داخل العضلات.
- هناك إيجابيات متفاوتة لإنتاج الطاقة بدون أكسجين، وهي باستخدام خمائر حمض اللاكتيك، ويمكن القول أن الكائن الحي يستطيع تكوين (36 جُزيئاً) من الطاقة عن طريق الجلوكوز مع وجود الأكسجين، ولكن مع عدم وجود الأكسجين تحتاج الخلايا البشرية إلى القيام بعملية التخمير لإنتاج الطاقة.
كيف يتم انتاج الطاقة
يعد عنصر الـ (ATP) والذي هو ثلاثي فوسفات الأدينوسين يمتلك دور فعال في تخزين الطاقة ضمن العمليات الخاصة بالخلية، ويتم ذلك من خلال استخدام الطاقة المختزنة، لتخليق احتياجات الخلايا مثل ما يحدث في الأنسجة العضلية في الحيوان، أما عن النبات فتحتاج لما يسمى البناء الضوئي في المرحلة المظلمة (وهي المرحلة التي تمر بها النباتات دون الحاجة إلى ضوء ولها مسمى آخر (دورة كالفين).
- يتم إنتاج ما يسمى بـ (NADPH) عن طريق عملية البناء الضوئي.
- حيث تليها خطوة التنفس الخلوي في النبات أو الخلية عموماً هي إطلاق الطاقة بكسر الكربوهيدرات أو السكر، حيث يتم إنتاج الطاقة من خلال نقل الإلكترونات في سلسة على أن تكون هذه الإلكترونات في شكل مختزل لجزيء ثلاثي الفوسفات نيكلوتيد النيكوتين والأدينين بعيداً عن الماء، وللتوضيح (يحتاج هذا التفاعل إلى الأكسجين ليتم استهلاكه) كما يظهر في المعادلة الآتية: O2+ 4 electron+ 4H+ _____ 2H2O.
- على الرغم من احتياج النبات إلى غاز الأكسجين لإنتاج الطاقة في المرحلة المظلمة خلال عملية التمثيل الضوئي، ولكن هناك بعض حالات لإنتاج الطاقة دون الأكسجين ويطلق على هذه العملية (عملية التخمر) لأنها لا تستعين بالأكسجين.
- في حالة الخلايا البشرية فإن أكبر دليل على إنتاج الأكسجين في العضلات هو عندما يقوم الإنسان بممارسة الرياضة الشديدة والقوية، حيث يؤثر على عملية التنفس (أي لا يستطيع الإنسان التنفس بشكل طبيعي) هنا يتم إنتاج حمض اللاكتيك الذي يستخدم في البنية العضلية التي تحتاج إلى أكسجين ولا تجده.
الانقسام الخلوي
هو عبارة عن انقسام خلوي غير مباشر، حتى يؤدي لتكوين خلايا تتماثل في البنية والوظيفة من انقسام خلية واحدة بعد تضاعف الكروموسومات.
كيميائية التخمير
تعد المنتجات الخاصة بالتخمير تضمن على طاقة كيميائية، كما تعتبر منتجات نفايات، حيث لا يمكن أن يتم استخدامها بعد ذلك بدون وجود عنصر الأكسجين.
- يترتب على ما سبق إنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات.
- كما تعتبر عملية التخمير أقل من الفسفرة التأكسدية، بينما يتأكسد البيروفات إلى ثاني أكسيد الكربون.
حقائق هامة عن عملية التخمر
هناك بعض الحقائق المهمة والتي تتعلق بعمليات التخمير، والتي تتمثل فيما يلي:
- تحدث عملية التخمر في الأجهزة الهضمية الخاصة بالحيوانات والبشر.
- تعتبر عملية التخمر من العمليات اللاهوائية ،لذلك لا تحتاج إلى الأكسجين، ومع وجود الأكسجين تعمل كافة الخلايا على التخمر باستخدام التنفس الهوائي، طالما توفر إمدادات من السكر.
- أثناء استخدام العضلات للسكر لا تستخدم الأكسجين، وذلك عكس عند استخدام الأكسجين لا تستخدم السكر في التحلل.
- توجد حالة طبية يطلق عليها متلازمة الأمعاء عند التخمير، والتي تتسبب في حدوث التخمير في الجهاز الهضمي الذي قد يسبب التسمم بسبب إنتاج الإيثانول.
- يعاني البشر من وجود غاز الهيدروجين في البكتريا المعوية.
- عند حدوث عملية التخمير لإنتاج الطاقة، يتم إنتاج غاز الهيدروجين وغاز الميثان.
- تستخدم معظم الكائنات الحية عملية التخمير، لإنتاج الطاقة اللاهوائية أو كمستقبل في سلسلة الإلكترون.
التاريخ لعملية التخمير
وفي نهاية مقالنا سوف نتعرف على تاريخ بداية عملية التخمير، وهي كما يلي:
- ظهرت العملية الحية لعملية التخمير منذ عام 1937 ميلادي، حيث توصل كل من العالم كاغنيارد دي لاتور وايت سوان وإف كوتزنج إلى أن عملية التخمير هي كائن حي ناتج عن عملية التبرعم.
- ترجع كلمة التخمير إلى كلمة لاتينية بمعنى الغليان.
