Transcript التنفس Respiration
Slide 1
التنفس Respiration
من أهم المواد الكيماوية التي تشكل مصدرا للطاقة من خالل عملية التنفس
المواد الكربوهيدراتية والبروتينية والدهنية
بجانب الطاقة ينتج من هذه المواد مكونات لها أهمية حيوية كبيرة من خالل
مسالك أيضية .Metabolic pathways
وتغير المادة الغذائية من صورة إلي أخري يطلق عليه عملية التحول
الغذائية . Metabolism
ونتيجة لهذه التحوالت الغذائية فإن المركبات الغذائية تتغير الي صورة
أبسط من صورتها األولي أي يحدث لها هدم Catabolismاو تتغير الي
صورة اعقد تركيبا أي يحدث لها بناء Anabolismوالهدم يكون
مصحوبا بانطالق الطاقة أما البناء فيصحبه استهالكا للطاقة.
وعملية الهدم التي تتم باكسدة المركبات المعقدة في خطوات متتالية إلي
مواد أبسط تركيبا مع إتطالق الطاقة التي تحتاج اليها الخلية للقيام بوظائفها
الحيوية المختلفة تسمي عملية التنفس Respirationومن اهم مالمح
التنفس هو أنطالق الطاقة القابلة لالستعمال.
Slide 2
Slide 3
والمواد الكربوهيدراتية لها األولوية واألفضلية في االستخدام حيث أن أكسدة جزئ
جلوكوز أو المركبات المشابهة له يترتب عليه تحرر قدر كبير من الطاقة التي
تخزن في صورة الروابط الفسفورية الغنية بالطاقة الـ ( ATPأدينوزين ثالثي
الفوسفات .)Adenosine triphosphate
وعموما يتم هدم المواد الغذائية المعقدة للحصول علي الطاقة في ثالث مراحل
هي-:
المرحلة الولي :مرحلة التحليل المائي Hydrolysis Stage
تتكسر الجزيئات الكبيرة الي أصغر منها ويستهلك طاقة
وتحدث هذه التفاعالت بواسطة إنزيمات التحليل المائي Hydrolysis
فالسكريات العديد polysaccharidesكالنشا تتحلل مائيا الي جلوكوز ويعتبر
الجلوكوز من أهم السكريات البسيطة حيث بتحلل مائيا عن طريق مسلك التحلل
الجليكولي Glycolysisالي 2جزئ من حمض البيروفيك pyruvic acid
واما الدهون lipidsفتتحلل بواسطة أنزيم الليبيز lipaseالي أحماض دهنية
وجليسرول.
اما البروتينات proteinsفتتحلل بواسطة انزيم الـ proteinaseالي بيتيدات
Peptidesالتي تتحلل بواسطة إنزيم البيتيديز Peptidaseالي أحماض
امينية .Amino acids
Slide 4
المرحلة الثانية :مرحلة التفاعالت الوسطية Intermediate
reactions
وفيها يتحول نواتج التحليل المائي علي اختالف أنواعها (حمض البيروفيك,
أحماض دهنية ,احماض امينية) إلي خالت المرافق اإلنزيمي-أ ( Acetyl
)CoAوينتج عن هذه المرحلة كمية ضئيلة من الطاقة.
المرحلة الثالثة :مرحلة التنفس الهوائي والفسفرة التأكسدية.
Aerobic respiration and oxidative phosphorylation
stage.
وتتكون هذه المرحلة من دورة كربس Kerbs cycleوالفسفرة التأكسدية
Oxidative phosphorylationوفي هذه المرحلة تدخل خالت
المرافق اإلنزيمي-أ Acetyl coAفي دورة كربس ليتأكسد كلية الي ك أ2
وألكسدة كل من مجموعة أسيتايل ينتقل 4ازواج من اإللكترونات الي الـ
FAD, NAD+ثم تنطلق جزيئات الطاقة ATPكإلكترونات نتيجة الختزال
الحوامل Carriersالي األكسجين وهذه هي الفسفرة التأكسدية وعموما
فإن معظم الطاقة تنتج من هذه المرحلة.
Slide 5
المرحلة األولي:
التحلل المائي للسكر البسيط او دورة التحلل الجليكولي Glycolysisاو
مسلك) EMP (Embden- Mayerhoff- Parnass Pathway
تتكون كلمة Glycolysisمن شقين هما glycosوتعني سكر lysis ,وتعني
تحلل والكلمة كاملة تعني تحلل السكريات.
ومسلك التحلل الجليكولي عبارة عن سلسلة من التفاعالت المتتالية والتي تحول
السكر السداسي البسيط (الجلوكوز)في األنسجة المختلفة الي مركب البيروفات
pyruvateوالتي تكون مصحوية بإنتاج طاقة في صورة .ATP
حمض البيروفيك (R- COOH) Pyruvic acidيمكن أن يكون في حالة
حمض أو في حالة متآنية وكذلك األحماض العضويةاألخرى.
تفاعالت هذا المسلك تحدث في السيتوبالزم وال تحتاج الي األكسجين لكي تتم.
وتتم تفاعالت هذا المسلك في خطوتين كبيرتين هما:
األولي :فسفرة جزئ الجلوكوز وإنتاج سكر الفركتوز ثنائي الفوسفات.
الثانية :انشطار او تكسير سكر الفركتوز ثنائي الفوسفات الي مركبين ثالثيا
الكربون يتكون عنهما بعد ذلك وحدتين من البيروفات.
Slide 6
جلوكوز
ATP
Kinase
Phosphorylation 1
ADP
جلوكوز -6 -فوسفات
المرحله
األولى
Isomerization
Isomerase
فركتوز -6فوسفات
Kinase
ATP
Phosphorylation II
ADP
فركتوز -6 ،1فوسفات
Aldolase
Isomerase
جليسرالدهيد – 3فوسفات
Dehydrogenas
e
NAD+
-3فوسفوجليسيرات
ADP
ATP
H2O
Enolase
NADH+H+
3 ،1ثنائى فوسفوجلسيرات
Kinas
e
داى هيدروكسى أسيتون فوسفات
-2فوسفوجليسيرات
Mutas
e
فوسفواينول بيروفات
Kinase
بيروفات
ADP
ATP
Slide 7
Slide 8
Slide 9
الخطوة األولي :وتستهلك طاقة إلتمامها وتتم في 3تفاعالت متدرجة هي:
)1تفاعل الفسفرة األولphosphorylation 1
حيث يتم اوال عملية فسفرة لسكر الجلوكوز ( )Hexoseفي وجود جزئ ATP
وانزيم الهكسوكينيز Hexokinaaseالي جلوكوز -6-فوسفات Glucose-6-
phosphateوينتج جزئ .ADP
)2تفاعل التشابة Isomerization
حيث يتم تحويل السكر السداسي من سكر الدهيدي Aldoseوهو جلوكوز –-6
فوسفات الي سكر كيتوني Ketoseوهو فركتوز -6-فوسفات حيث تتحول الحلقة
السداسية pyranoseفي الجلوكوز الى حلقة خماسية Furanoseفي
الفركتوز بواسطة أنزيم الفوسفو جلوكو أيزوميريز
.Phosphoglucoisomerase
)3تفاعل الفسفرة الثاني PhosphorylationII
حيث يتم فسفرة ذرة الكربون األولي في سكر الفركتوز -6-فو في وجود أنزيم
فوسفو فركتو كينيز Phosphofructokinaseحيث يستهلك جزئ أخر ATP
وينتج سكر الفركتوز – 6,1ثنائي الفوسفات Fructose1,6 diphosphate
وجزئ ADPوبذلك ينتهي الخطوة األولي من تفاعالت التحلل الجليكولي.
Slide 10
الخطوة الثانية:
)1وفيها يتم تكسير الفركتوز – 6,1ثنائي الفوسفات الي مركبين يتركب كل منهم من 3
ذرات كربون هما :جليسر الدهيد – -3فوسفات Glyceraldhyde-3- phosphate
وثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات Dihydroxyaceton phosphateوذلك في
وجود إنزيم ألدوليز PhosphotrioseIsomerase.Aldolase
ويمكن لهذين المركبين ان يتحول كل منهما لآلخر والعكس بمساعدة إنزيم التشابة
فوسفوترايوز أيزوميريز Phosphotriose Isomeraseأي أنه إذا نضب مركب -3
فوسفوجليسر الدهيد فإن كميات إضافية منه تتكون عن طريق تحويل مركب ثنائي هيدروكسي
األسيتون فوسفات عن طريق تفاعل الشابه
والخالصة أن جزئ واحد من فركتوز -6,1ثنائي الفوسفات يعطي 2جزي من الجليسرالدهيد-
-3فوسفات ولم تتولد طاقة حتي اآلن ولكن إستهالك 2
جزئ ِِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِِِِِِ.
)2يتحول الجليسرالدهيد -3-فو إلي مركب -3,1ثنائي فوسفوجلسرات فى وجود انزيم
فوسفوجليسرالدهيد ديهيدروجينيز .Phosphoglyceraldhyde dehydrogenase
)3يتحول مركب – 3 ،1ثنائى فوسفوجليسريت إلى -3فوسفوجليسريت –
phsphoglycerate 3فى وجود ADPوإنزيم فوسفوجليسروكينيز Phosphoglycero Kinaseويتكون جزئ .ATP
)4يتحول مركب -3فوسفوجليسرات إلى -2فوسفوجليسرات بواسطة إنزيم
فوسفوجليسروميوتيز 0 phsphoglyceromutase
)5باستبعاد عناصر الماء dihydrationمن مركب -2فوسفوجليسرات فى وجود إنزيم
إينوليز enolaseيتكون مركب فوسفواينول بيروفات phosphoenol Pyruvate
)6يتحول الفوسفواينول بيروفات إلى بيروفات Pyruvateفى وجود إنزيم بيروفات كينيز
Pyruvate Kinaseوجزئ .ADPوفى هذا التفاعل ينتقل شق حمض الفوسفوريك من
فوسفواينول بيروفات إلى جزئ ADPليتكون .ATP
Slide 11
فى المسلك ككل فإن تحول جزئ واحد من الجلوكوز إلى جزئين من البيروفات يعطى
2جزئ 2 ATPجزئ NADHكمحصلة نهائية وبالتالى فالناتج النهائى الحقيقى
من الطاقة لدورة الجليكولى هو 8جزيئات .ATP
كمية الطاقة الناتجة
التفاعل
جلوكوز
جلوكوز – – 6فوسفات
فركتوز – – 6فوسفات
-جزئ ATP
فركتوز – 6، 1ثنائى الفوسفات
-3فوسفوجليسرالدهيد
فوسفوجليسرات
–3،1
– 3 ، 1فوسفوجليسرات
-3فوسفوجليسرات
2جزئ فوسفواينول بيوفات
المجموع
2جزئ بيروفات
جزئ ATP 2 +جزئ NADH
( 6جزيئات)ATP
2 +جزئ TAP
2 +جزء ATP
8جزيئات ATP
Slide 12
المرحلة الثانية :مرحلة التفاعالت الوسطية
أ) تحلل البيروفات الناتجة عن التحلل الجليكولى إلى
خالت المرافق اإلنزيمى -أ
يتضح مما سبق فى مسلك التحلل الجليكولى أن ناتج
تحلل سكر الجلوكوز هو حمض البيروفيك والذى يتم
فى السيتوبالزم فى غياب األكسجين .وفى المرحلة
الوسطية وعند توفر األكسجين ينم أكسدة حمض
البيروفيك بنزع مجموعة الكربوكسيل
Oxidative decarboxylationوانطالق ك
أ 2ليعطى مركب خالت المرافق اإلنزيمى –أ
(.)Acelyl CoA
وخطوات هذه المرحلة تتم فى ظروف هوائية (أ)2
فى حشوة الميتوكوندريا
واإلنزيم المحفز لهذا التفاعل هو بيروفات
ديهيدروجنينيز Pyruvate
dehydrogenase
بيروفيت
CO2
NAD+
NADH+H+
Dehydrogenase
Acetyl Co. A
خالت المرافق
االنزيمى أ
Slide 13
ب) تحلل األحماض الدهنية:
تحلل األحماض الدهنية باألكسدة فى الموضع بيتا.
B
O
O
O
R – CH2 – C – o
R – C – o+ HS – CoA + ATP
R – C – ScoA + AMP + Pi
والناتج النهائى هو مركب خالت المرافق اإلنزيمى – أ ( )Acetyl CoAوالذى
يدخل فى تفاعل التنفس الهوائى (دورة كربس) بعد ذلك.
جـ تحلل األحماض األمينية:
تتحلل على مرحلتين كاآلتى-:
ينم فيها نزع مجموعة األمين ( )-NH2بتفاعل يسمى deaminationفيتحول
الحامض األمينى إلى حامض كيتونى.
R – C – COOH
R- C – COOH + NH3
NH2
O
( )2وفيها قد تتحول األحماض الكيتونية إلى خالت المرافق اإلنزيمى –أ ولكن من
المحتمل أن تتحول بعض األحماض الكيـتونية إلى أحماض عضوية ثالثية
الكربوكسيل والتى تشكل مركبات وسيطة فى دوره كربس.
Slide 14
المرحلة الثالثة :مرحلة التنفس الهوائى (دورة كربس
)Krebs cycleونظام نقل اإللكترون . ETS
عدم فاعلية دورة التحلل الجليكولى من حيث إنتاج الطاقة
خالت المرافق اإلنزيمى – أ ( )Acetyl CoAتعتبر حلقة الوصل بين التحلل
الجليكولى ودروة كربس
وهى دورة دائرية يتجدد فيها تكوين أيون األوكسالوخالت .Oxaloacetate
وعموما عن طريق دورة كربس ونظام نقل إللكترون يتم أكسدة البيروفات أكسدة
تامة إلى ك أ ، 2يد 2أ.
ومن خالل ارتباط دورة كربس مع نظام نقل اإللكترون (المرحلة الثالثة) نحصل 24
جزئ ATPلذلك يعتبر دورة كربس فعالة جدا فى انتاج الطاقة بالمقارن بالتحلل
الجليكولى .وعموما فإن تفاعالت دورة كربس ونظام نقل اإللكترون يحتاج إلى توفر
األكسجين وتحدث هذه التفاعالت فى الميتوكوندريا.
Slide 15
أوال :دورة كربس Krebs cycle:أو دورة حمض الستريك
Citric acid cycle
أو دورة األحماض ثالثية الكربوكسيل Tricarboxylic acid
cycle
التفاعل العام للدورة هو:
Acetyl COA + 3 NAD+ + FAD + GDP + P I + 2H2o
Co2+ 3NADH + FADH2+ GTP + 2 H+ + COA
وتتم الدورة فى خطوتين رئيسيتين هما:
الخطوة األولى:
وتمثل التفاعل األول فى دورة كربس ويتضمن تكثيف Condenstaionخالت
المرافق اإلنزيمى –أ ( )Acetyl CoAمع األكسالوخالت ( Oxaloacetateوهو
مركب رباعى الكربون) ويتكون مركب يحتوى على 6ذرات كربون هو الستريت
Citrate
ويجب أن يالحظ أن أحماض دورة كربس على الصورة األيونية ( )R - Coo-لذلك
تسمى سترات Citrateوأوكاسالوخالت Oxaloacetateوهكذا.
Slide 16
Slide 17
الخطوة الثانية:
وتمثل تفاعالت تجديد األوكسالوخالت Oxaloacetateمن حمض الستريك
Citrie acidحيث يتجدد تكوين حمض األوكسالوخليك من حمض الستريك.
التفاعل األول:
تحويل السترات Citrateإلى مشابهه Isocitrateويتم فى هذا التفاعل نزع
الماء dehyrationمن السترات ليتكون سس أكوينتات – acontat–Cis
فى وجود إنزيم acontaseثم إضافة الماء مرة أخرى إلى سس أكونتات ليتكون
األيزوسترات .Isocitrateوالغرض من هذه العملية هو تبادل مواضع الـ، H
OHللسماح للمركب بالدخول فى تفاعل أكسدة بنزع مجموعة الكربوكسيل.
التفاعل الثانى:
أكسدة االيزوسترات إلى ألفاكينوجلوتاريت Ketoglutarateوهو أول تفاعل
أكسدة فى الدورة ويتم فى وجود انزيم أيزوسترات ديهيدروجينيز Isocitrate
dehydrpgenaseوالمرافق اإلنزيمى NAD+حيث تحدث أكسدة لمشابه
السترات بنزع مجموعة الكربوكسيل فيتحول األيزوسترات إلى ألفاكيتوجلوتاريت.
ويعتبر األلفاكيتوجلورتاريت مركب أساسى ورئيسى الغنى عنه أليض النبات ألنه
يلعب دورا فى أيض الكربوهيدرات والدهون وكذلك فى بناء وتكسير األحماض
األمينية.
Slide 18
التفاعل الثالث:
أكسدة األلفاكينوجلوتاريت إلى سكسنيل المرافق اإلنزيمى.أ Succinyl CoAثم السكسينات .Succiateوهو
ثانى تفاعل أكسدة فى دورة كربس ويتم فى وجود انزيم .Ketoglutarate dehydrogenase
والطاقة المخزنة من سكنيل المرافق اإلنزيمى – أ تتحرر فى التفاعل التالى لتكون رابطة فوسفاتية غنية بالطاقة ويتم
ذلك فى وجود GDPوالفوسفور الغير عضوى ( )p1حيث يتحول سكسنيل المرافق اإلنزيمى –أ إلى السكسينات
Succiateوفى نفس الوقت يتحول إلى GDPإلى 0 ATP
وهذا هو التفاعل الوحيد فى الدورة الذى يعطى مباشرة مركب فوسفاتى غنى بالطاقة
التفاعل الرابع:
أكسدة السكسينات إلى الفيومارات Fumarateثم إضافة الماء إلعطاء الماالت .Malateتعتبر خطوة أكسدة
السكسينات إلى الفيورمات الخطوة التأكسدية الثالثة فى دورة كربس
حيث تتم األكسدة بنزع الهيدروجين عن طريق إنزيم سكسينات ديهديروجينيز Succiate delydrogenase
حيث يتم إزاحة زوج من اإللكترونات وزوج من ذرات الهيدروجين من السكسينات ويستعملون الختزال مجموعة
الفالفين أدينين ثنائى النيوكليوتيد ( Flavin adenine dinucleotide )FADالخاصة بإنزيم سكسينات
ديهيدروجينيز.
ونواتج تفاعل السكسينات هى الفيومارات والتى تحدث لها إضافة عناصر الماء Hydrationفى وجود إنزيم
الفيوماريز Fumaraseليعطى الماالت .Malate
التفاعل الخامس:
أكسدة الماالت لتكوين الكسالوخالت Oxaloacetate
وهذه هي الخطوة التأكسدية الرابعة لدورة كرربس
حيث تتحول الماالت إلي أوكسالوخالت في وجود إنزيم NADماالت ديهيدروجينيز dehydrogenase
NAD-Malateحيث يتم اختزال الـ NAD+إلي NADH+ H+وهكذا يتم تجديد األوكسالوخالت وتتم الدورة.
وكما سبق فإن دورة كربس بها 4خطوات تأكسدية
وتعتبر المرافقات المختزلة ( )NADH, FADHقوة اختزالية تستعمل النتاج ATPمن خالل تفاعالت األكسدة –
االختزال لنظام نقل اإللكترون وفي وجود أ 2حيث أن النظام يرتبط ارتباطا خاصا ً مع أغشية الميتوكندريا ودورة
كربس.
Slide 19
ودورة كربس تشبه الطاحونة فإذا توافرت الظروف الهوائية
وتوفر في الخلية خالت المرافق اإلنزيمي – أ ( من
الكربوهيدرات أو الدهون أو البروتينات) فإن االسيتايل كو -أ
يظل يتحد مع األوكسالوخالت Oxaloacetateويفقد علي
صورة ك أ 2محررا أوكساالت مرة أخري يتحد مع جزئ جديد
من خالت المرافق اإلنزيمي-أ وتعاد الدورة مرات ومرات
ويتضح من الدورة ان محصول الطاقة النهائي لكل جزئ
ِ3NADH, IGTP ) ATP
بيروفيت هو 12جزئ
)FADH2
أي أنها تساوي 12 = 2× 1 + 1+ 3×3جزئ ATP
وحيث أنه ينتج 2جزئ بيروفيت من اكسدة جزئ جلوكوز إذن
ينتج 24 = 12×2جزئ ATP
Slide 20
نظام نقل اإللكترون ).Electron transport system (ETS
الفسفرة التأكسدية ( )Oxidative phoshorylation
يرتبط نظام نقل اإللكترون باغشية الميتوكوندريا فالمركبات المكونة له تكون منغمسة في مادة الغشاء
الداخلي المتعرج وكذلك يرتبط بالزوائد المقبضية Cristالمسئولة عن تخليق الـ ADPكما ترتبط
النواتج المختزلة لدورة كربس وهي NADH+ H+ , FADH2مع نظام نقل اإللكترون ومن خالل
هذا اإلرتباط يعاد أكسدة المرافقات اإلنزيمية المختزلة NADH, FADH2وتستغل الطاقة المتحررة
من عملية األكسدة في تخليق جزيئات الـ . ATP
ويتم تخليق الـ ATPبواسطة سريان إإللكترون flow Electronخالل نظام ETSمع استعمال
األكسجين (أ )2كمستقبل نهائي لإللكترونات حيث يتحول إلي ماء وتسمي هذه العملية بالفسفرة التأكسدية
.
ويتركب نظام نقل اإللكترونات من سلسلة من المركبات الحاملة Carriersمثل FADو FMN
والمرافق االنزيمي – كيو CO Qوعدد من السيتوكرومات cytochromesمثل cyt . B, C ,
a and a3
ومن مالمح هذه السلسلة أن كل خطوة من خطواتها تقل في مستوي الطاقة عن الخطوة السابقة لها
بمعني أن اإللكترون يسري من مستوي طاقة عالي إلي مستوي طاقة أقل وبالتالي فإن فرق الطاقة
المترتب علي نقلة يستخدم إلضافة رابطة فوسفورية إلي مركب ADPفيتحول الي ثالثي .ATP
كل زوج من اإللكترونات ( زوج من ذرات الهيدروجين يستخدم في األكسدة واالختزال) يمر في نظام نقل
األلكترون إبتداء NADHحتي نهاية السلسلة يترتب عليه إنتاج 3وحدات من مركب ATPبينما يترتب
علي نقل اإللكترون من FADHإلي نهاية النظام إنتاج جزئيين فقط من ATP
وعندما تنتقل هذه األلكترونات إلي جزئ اإلكسجين تتحرر منها كمية كبيرة من الطاقة والتي تستخدم في
تكوين الـ ,ATPويتم هذا االنتقال عن طريق سلسلة حوامل االلكترونات السابق اإلشارة إليها 2 .وبذلك
ينشط األكسجين ويستقبل أيونات الهيدروجين الحرة ليكون الماء.
Slide 21
حساب الطاقة الكلية الناتجة من اكسدة جزئ جلوكوز
)1دورة التحلل الجليكولي ( مسلك :)EMP
التكسير الكامل لجزئ الجلوكوز يعطي 2جزئ حمض بيروفيك حيث ينتج جزيئين ATPوجزئ
NADHلكل جزئ واحد من حمض البيروفيك ويالحظ استهالك جزيئان ATPأثناء الدورة.
عموما التحليل الكامل لجزئ الجلوكوز إلي 2جزئ بيروفيك هو 4جزيئات ATPوجزيئان
NADH (= 6جزيئات )ATPوإستهالك 2جزئ . ATPإذن الناتج النهائي من الطاقة= 10
جزيئات ATPمطروحا منهم 2جزئ ATPيساوي 8جزئيات . ATP
)2المرحلة الوسيطة:
عند تحول جزئ واحد من حمض البيروفيك إلي خالت المرافق اإلنزيمي-أ ينتج جزئ NADHأما
تحلل جزيئين من حمض البيوفيك يعطي 2جزئ NADHأي ما يساوي 6جزيئات ATPلكل جزئ
جلوكوز.
)3دورة كربس:
عند دخول خالت المرافق اإلنزيمي –أ في الدورة واتحادها مع السيكسينات ألنتاج ك أ 2والطاقة نجد
أنه ينتج 3جزيئات NADH, 1جزئ GTPالذي يتحول الي جزي ATPباإلتحاد مع ADP
وجزئ واحد من الـ. FADإذن المحصلة النهائية للطاقة الناتجة من جزئ واحد حمض بيروقيك هي:
2جزئ NATH = ( = 9جزيئات ATP) + 1جزئ GTP
(= 1جزئ ATP) + 1جزئ FADH( = 2جزئ )ATPأي ما يساوي 12جزئ ATPوبالتالي
فإن الكمية الكلية من الطاقة ( )ATPلكل جزئ سكر = 2جزئ بيروفيك × 24= 12جزئ . ATP
ومما سبق يتضح أن الطاقة الكلية ( )ATPالناتجة من هدم جزئ جلوكوز هي8 :جزيئات من التحلل
الجيلوجي 6 +جزيئات عند تكوين خالت المرافق اإلنزيمي –أ 24 +جزئ من دورة كربس
وتساوي 38جزئ ATP
Slide 22
جدول يوضح محصول الطاقة الناتجة من األكسدة الكاملة
لجزئ واحد من الجلوكوز في وجود أ2
NADH
)(3ATP
FADH
)(2ATP
ATP
التحلل الجليكولي
)6(2
صفر
2
الكمية
الكلية من
ATP
8
المسلك
تكوين خالت المرافق األنزيمى أ
من حمض البيروفيك
)6( 2
صفر
صفر
6
دورة كربس
)18( 6
)4( 2
2
24
المجموع
3 x 10
= 30
4=2x 2
4
ATP 38
Slide 23
التخمر Fermemtation
تلجا بعض النباتات الراقية عند غياب األكسجين الي التنفس الالهوائي لمدة معينة حيث تتراكم نواتج التفاعل
الضارة مما يؤدي الي موت النبات ولكن بعض الكائنات الدقيقة خاصة المائية منها أن تتنفس بهذه الطريقة
أي التنفس الالهوائي Anaerobic respirationأو التخمر . Fermemtation
ويمكن تمثيل التفاعل الكلي لعملية التنفس في غياب األكسجين بالتفاعل التالي:
Glucose + 2pi + 2ADP +2H+
2 Ethanol + 2Co2 + 2ATP + 2H2o
أي أن جزئ واحد من الجلوكوز يتحول إلي 2جزئ كحول إيثايل ويتصاعد 2جزئ من غاز ك أ 2حيث
يتكون التخمر من سلسلة متتالية من التفاعالت تحدث في غياب أ. 2
وتوجد اختالفات بسيطة جدا بين خطوات التخمر وبين مسلك التحلل الجليكولي ولكن معظم المركبات الوسطية
توجد في كال المسلكين وفيهما يتحول سكر الجلوكوز الي حمض البيروفيك ولكن في التخمر تتقدم التفاعالت
خطوة الي األمام حيث أن حمض البيروفيك يتتحول الي اإليثانول وغاز ك أ 2أو الي حمض الالكتيك و ك أ2
أو الي أحد األحماض العضوية األخري تبعا لنوع الكائن الحي:
CO2
H+
NADH+H+
NAD+
O
CH3 C Coo
CH3
CHO
CH3 CH2OH
Pyruvate
Pyruvate
Acetaldhyd
Alkohol
Ethanol
Decarboxylase
Dehydrogenase
Slide 24
واإلنزيمان اللذان يحفزان هاتين الخطوتين هما إنزيم الكاربوكسيليز Carboxylaseوإنزيم الكحول
ديهيدروجينيز , alcohol dehydrogannaseوال ينتج أي جزيئات ATPفي هاتين الخطوتين
ولذلك فإن صافي الطاقة للتخمر هي 2جزئ ATPمن خطوات التحلل الجليكولي فقط .
وال يشكل التخمر الصورة الطبيعية لتنفس النباتات الراقية لكنه يمثل الوسيلة الكبري إلنتاج ATPفي عديد
من الكائنات الدقيقة والتي تسمي كائنات الهوائية تكسير المركبات العضوية في غياب أ 2وأحسن الكائنات
التخمرية المعروفة هي فطر الخميرة Yeast
ويمكن أن ينتج حمض الالكتيك acid lacticفي تخمر سكر الجلوكوز ببكتريا حمض الالكتيك خاصة في
اللبن حيث يتكون حمض الالكتيك من حمض البيروفيك بدال من الكحول اإليثايل ويحفز هذا التفاعل إنزيم
ديهيدروجينيز حمض الالكتي
O
OH
NADH+H+
NAD
CH3
C
COOH
CH3
C
COOH
Pyruvic Acide
Lactate
Lactic Acide
Dehydrogenase
والمعادلة العامة هي:
Glucose + 2pi +2ADP
2Lactate + 2ADP+ 2H2o
وتحتوي نواتج التخمر السابقة مثل اإليثانول وحمض الالكتيك علي كمية كبيرة من الطاقة لكن ال تستطيع
النباتات ان تستفيد من هذه الطاقة الغير ميسورة
وهذا يعتبر دليال علي ان التنفس الالهوائي عملية غير فعالة نسبيا ً.
Slide 25
عالقة أيض المواد الكربوهيدراتية بالنسبة
للمركبات األخري:
تعتبر المواد الكربوهيدراتية ذات اهمية ايضية كبيرة للنبات حتث تستخدم
كمواد بادئة النتاج ATPوالقوة اإلختزالية في صورة المرافق اإلنزيمي
المختزل NADHعن طريق عمليه التنفس
C6 H12 O6 + O2 + 38 ADP + 38 Pi 6Co2 + 6H2o + 38
ATP
وخالل عمليات األيض ال تتكسر المواد الكربوهيدراتية في العادة تكسيرا
كامال ولكنها تستخدم كأصول Precursorsلبناء المواد األخري بجانب
عنلية التنفس ويؤدي هذا الي بناء مواد الجدار الخلوي واألحماض النووية
والبرويتينات والدهون والهرمونات النباتية والصبغات ,ومن هذا يتضح أن
هناك عالقة ديناميكية بين تفاعالت البناء والتفاعالت المنتجة للطاقة وبين
تفاعالت التحوالت الكيموحيوية للمواد التي ينتج عنها العدد من المنتجات
النباتية كما بالشكل.
Slide 26
معامل التنفس ( Respiratory
)Quotient(RQ
يتم أكسدة أي مادة غذائية باألكسجين وينتج عن ذلك إنطالق كمية من ك أ2
ويقاس معامل التنفس بتقدير كمية غاز ك أ 2المنبعث أو األكسجين المستهلك
وأسهل طريقة معملية لذلك هو تقدير كمية ك أ 2المنبعث عن طريق إمتصاصة في
محلول من أيدروكسيد الصوديوم وتقدير كمية أ 2الممتصة بالمعايره
حجم ك أ 2الناتج من التنفس
وتسمي النسبة بين ك أ 2المنبعث و أ 2المستهلك بمعامل التنفس أو النسبة التنفسية
حجم األكسجين المستهلك في التنفس
حجم ك أ 2الناتج من التنفس
_______________________
إذن معامل التنفس يساوي:
حجم أ 2المستهلك فى التنفس
Slide 27
( )1في استعمال المواد الكربوهيدراتية في التنفس فإن معامل التنفس يساوي الوحده
6ك أ6 + 2يد 2أ +طاقة
ك 6يد 12أ6 + 6أ2
أي أن معامل أكسدة جزئ واحد جلوكوز يستهلك 6جزيئات أ 2وينتج 7جزيئات ك أ 2أي
أن معامل التنفس يساوي واحد صحيح.
( )2وفي حالة الدهون نجد أن النسبة التنفسية حوالي 0.71أي أقل من الواحد الصحيح حيث
تعتبر الدهون مواد مختزلة بالنسبة للكربوهيدرات لذلك تحتاج إلي كمية من أ 2أكبر من
المواد الكربوهيدراتية لتتأكسد في التنفس.
18ك أ + 2يد 2أ
ك 18يد 36أ 26 + 2أ2
0.69 = 26÷18RQ =
ومما سبق نستنتج أن مادة التنفس المستعملة بكثرة تحت الظروف الطبيعية هي المواد
الكربوهيدراتية .أما النباتات التي تنموا تحت ظروف قاسية من الجوع فإن معامل تنفسها
يكون باستمرار أقل من الوحدة.
( )3وفي حالة المواد سريعة األكسدة مثل األحماض الموجودة في دورة كربس أو النباتات
العصرية التي تستخدم األحماض العضوية فتكون النسبة التنفسية لها أكثر من الواحد
الصحيح مثل حمض الماليك.
4ك أ3 + 2يد 2أ
ك 4يد 6أ3 + 5أ2
1.33 = 3 ÷ 4 RQ =
Slide 28
معدل التنفس Respiration Rate
هو حجم األكسجين الذي تستهلكه أو حجم ثاني أكسيد الكربون
الذي تطلقة وحدة الوزن من النسيج النباتي -في وحدة الزمن-
تحت ظروف الضغط والحرارة المعينة,
حيث تختلف الوحدات المستعملة في قياس معدل التنفس
باختالف حجم العينة فقد تستعمل وحدات الميكرو لتر لكل ساعة
إذا كانت العينة صغيرة او قد يستعمل ملليلتر لكل جرام لكل
ساعة.
Slide 29
العوامل التي تؤثر علي معدل التنفس:
)1درجة الحرارة Temperature
تفاعالت التنفس تكون حساسة للتغير في درجة الحرارة حيث يحفز هذه التفاعالت إنزيمات معدل تنفس
األنسجة النباتية يكون بطيئا عند درجات الحرارة المنخفضة القريبة من الصفر المئوي ويزداد هذا المعدل
تدريجيا بارتفاع درجة الحرارة حتي يصل الي أقصي يؤدي الي تحطيم اإلنزيمات ويكون في حدود 45 – 35م.
ثم يظهر األثر السيئ لدرجة الحرارة وينخفض المعدل.
)2األكسجين Oxygen
ومن الضروري توفر أ 2حتي تحدث تفاعالت دورة كربس حيث ان أ 2هو المستقبل النهائي لإللكترونات في
نظام نقل اإللكترون وعموما ً يتناقص معدل التنفس بنقص تركيز األكسجين في الوسط المحيط بالخاليا
المتنفسة.
)3 تركيز ثاني أكسيد الكربون Carbon Dioxide
تعمل زيادة تركيز ك أ 2حول الخاليا المتنفسة عن خفض أو تثبيط معدل تنفسها
)4األمالح الغير عضوية Inorganic salts
معدل التنفس يزداد إذا نقل النبات من الماء إلي محلول ملحي.
)5التنبيه أو الحث الميكانيكي Mechanical stimulation
معدل تنفس األوراق يزداد بمسك هذه األوراق باليد او خبطها أو ثنيها.
)6الجروح Wounds
جرح أحد أعضاء النبات يزيد من تنفس هذا العضو وبصفة عامة فإن الجروح يترتب عليها حدوث النشاط
المرستيمي في منطقة الجرح وتكون النتيجة تكون الكالوس في مكان الجرح وعموما فإن زيادة معدل النشاط
المرستيمي وتكوين الكالوس يحتاج إلي معدل اكبر من التنفس.
التنفس Respiration
من أهم المواد الكيماوية التي تشكل مصدرا للطاقة من خالل عملية التنفس
المواد الكربوهيدراتية والبروتينية والدهنية
بجانب الطاقة ينتج من هذه المواد مكونات لها أهمية حيوية كبيرة من خالل
مسالك أيضية .Metabolic pathways
وتغير المادة الغذائية من صورة إلي أخري يطلق عليه عملية التحول
الغذائية . Metabolism
ونتيجة لهذه التحوالت الغذائية فإن المركبات الغذائية تتغير الي صورة
أبسط من صورتها األولي أي يحدث لها هدم Catabolismاو تتغير الي
صورة اعقد تركيبا أي يحدث لها بناء Anabolismوالهدم يكون
مصحوبا بانطالق الطاقة أما البناء فيصحبه استهالكا للطاقة.
وعملية الهدم التي تتم باكسدة المركبات المعقدة في خطوات متتالية إلي
مواد أبسط تركيبا مع إتطالق الطاقة التي تحتاج اليها الخلية للقيام بوظائفها
الحيوية المختلفة تسمي عملية التنفس Respirationومن اهم مالمح
التنفس هو أنطالق الطاقة القابلة لالستعمال.
Slide 2
Slide 3
والمواد الكربوهيدراتية لها األولوية واألفضلية في االستخدام حيث أن أكسدة جزئ
جلوكوز أو المركبات المشابهة له يترتب عليه تحرر قدر كبير من الطاقة التي
تخزن في صورة الروابط الفسفورية الغنية بالطاقة الـ ( ATPأدينوزين ثالثي
الفوسفات .)Adenosine triphosphate
وعموما يتم هدم المواد الغذائية المعقدة للحصول علي الطاقة في ثالث مراحل
هي-:
المرحلة الولي :مرحلة التحليل المائي Hydrolysis Stage
تتكسر الجزيئات الكبيرة الي أصغر منها ويستهلك طاقة
وتحدث هذه التفاعالت بواسطة إنزيمات التحليل المائي Hydrolysis
فالسكريات العديد polysaccharidesكالنشا تتحلل مائيا الي جلوكوز ويعتبر
الجلوكوز من أهم السكريات البسيطة حيث بتحلل مائيا عن طريق مسلك التحلل
الجليكولي Glycolysisالي 2جزئ من حمض البيروفيك pyruvic acid
واما الدهون lipidsفتتحلل بواسطة أنزيم الليبيز lipaseالي أحماض دهنية
وجليسرول.
اما البروتينات proteinsفتتحلل بواسطة انزيم الـ proteinaseالي بيتيدات
Peptidesالتي تتحلل بواسطة إنزيم البيتيديز Peptidaseالي أحماض
امينية .Amino acids
Slide 4
المرحلة الثانية :مرحلة التفاعالت الوسطية Intermediate
reactions
وفيها يتحول نواتج التحليل المائي علي اختالف أنواعها (حمض البيروفيك,
أحماض دهنية ,احماض امينية) إلي خالت المرافق اإلنزيمي-أ ( Acetyl
)CoAوينتج عن هذه المرحلة كمية ضئيلة من الطاقة.
المرحلة الثالثة :مرحلة التنفس الهوائي والفسفرة التأكسدية.
Aerobic respiration and oxidative phosphorylation
stage.
وتتكون هذه المرحلة من دورة كربس Kerbs cycleوالفسفرة التأكسدية
Oxidative phosphorylationوفي هذه المرحلة تدخل خالت
المرافق اإلنزيمي-أ Acetyl coAفي دورة كربس ليتأكسد كلية الي ك أ2
وألكسدة كل من مجموعة أسيتايل ينتقل 4ازواج من اإللكترونات الي الـ
FAD, NAD+ثم تنطلق جزيئات الطاقة ATPكإلكترونات نتيجة الختزال
الحوامل Carriersالي األكسجين وهذه هي الفسفرة التأكسدية وعموما
فإن معظم الطاقة تنتج من هذه المرحلة.
Slide 5
المرحلة األولي:
التحلل المائي للسكر البسيط او دورة التحلل الجليكولي Glycolysisاو
مسلك) EMP (Embden- Mayerhoff- Parnass Pathway
تتكون كلمة Glycolysisمن شقين هما glycosوتعني سكر lysis ,وتعني
تحلل والكلمة كاملة تعني تحلل السكريات.
ومسلك التحلل الجليكولي عبارة عن سلسلة من التفاعالت المتتالية والتي تحول
السكر السداسي البسيط (الجلوكوز)في األنسجة المختلفة الي مركب البيروفات
pyruvateوالتي تكون مصحوية بإنتاج طاقة في صورة .ATP
حمض البيروفيك (R- COOH) Pyruvic acidيمكن أن يكون في حالة
حمض أو في حالة متآنية وكذلك األحماض العضويةاألخرى.
تفاعالت هذا المسلك تحدث في السيتوبالزم وال تحتاج الي األكسجين لكي تتم.
وتتم تفاعالت هذا المسلك في خطوتين كبيرتين هما:
األولي :فسفرة جزئ الجلوكوز وإنتاج سكر الفركتوز ثنائي الفوسفات.
الثانية :انشطار او تكسير سكر الفركتوز ثنائي الفوسفات الي مركبين ثالثيا
الكربون يتكون عنهما بعد ذلك وحدتين من البيروفات.
Slide 6
جلوكوز
ATP
Kinase
Phosphorylation 1
ADP
جلوكوز -6 -فوسفات
المرحله
األولى
Isomerization
Isomerase
فركتوز -6فوسفات
Kinase
ATP
Phosphorylation II
ADP
فركتوز -6 ،1فوسفات
Aldolase
Isomerase
جليسرالدهيد – 3فوسفات
Dehydrogenas
e
NAD+
-3فوسفوجليسيرات
ADP
ATP
H2O
Enolase
NADH+H+
3 ،1ثنائى فوسفوجلسيرات
Kinas
e
داى هيدروكسى أسيتون فوسفات
-2فوسفوجليسيرات
Mutas
e
فوسفواينول بيروفات
Kinase
بيروفات
ADP
ATP
Slide 7
Slide 8
Slide 9
الخطوة األولي :وتستهلك طاقة إلتمامها وتتم في 3تفاعالت متدرجة هي:
)1تفاعل الفسفرة األولphosphorylation 1
حيث يتم اوال عملية فسفرة لسكر الجلوكوز ( )Hexoseفي وجود جزئ ATP
وانزيم الهكسوكينيز Hexokinaaseالي جلوكوز -6-فوسفات Glucose-6-
phosphateوينتج جزئ .ADP
)2تفاعل التشابة Isomerization
حيث يتم تحويل السكر السداسي من سكر الدهيدي Aldoseوهو جلوكوز –-6
فوسفات الي سكر كيتوني Ketoseوهو فركتوز -6-فوسفات حيث تتحول الحلقة
السداسية pyranoseفي الجلوكوز الى حلقة خماسية Furanoseفي
الفركتوز بواسطة أنزيم الفوسفو جلوكو أيزوميريز
.Phosphoglucoisomerase
)3تفاعل الفسفرة الثاني PhosphorylationII
حيث يتم فسفرة ذرة الكربون األولي في سكر الفركتوز -6-فو في وجود أنزيم
فوسفو فركتو كينيز Phosphofructokinaseحيث يستهلك جزئ أخر ATP
وينتج سكر الفركتوز – 6,1ثنائي الفوسفات Fructose1,6 diphosphate
وجزئ ADPوبذلك ينتهي الخطوة األولي من تفاعالت التحلل الجليكولي.
Slide 10
الخطوة الثانية:
)1وفيها يتم تكسير الفركتوز – 6,1ثنائي الفوسفات الي مركبين يتركب كل منهم من 3
ذرات كربون هما :جليسر الدهيد – -3فوسفات Glyceraldhyde-3- phosphate
وثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات Dihydroxyaceton phosphateوذلك في
وجود إنزيم ألدوليز PhosphotrioseIsomerase.Aldolase
ويمكن لهذين المركبين ان يتحول كل منهما لآلخر والعكس بمساعدة إنزيم التشابة
فوسفوترايوز أيزوميريز Phosphotriose Isomeraseأي أنه إذا نضب مركب -3
فوسفوجليسر الدهيد فإن كميات إضافية منه تتكون عن طريق تحويل مركب ثنائي هيدروكسي
األسيتون فوسفات عن طريق تفاعل الشابه
والخالصة أن جزئ واحد من فركتوز -6,1ثنائي الفوسفات يعطي 2جزي من الجليسرالدهيد-
-3فوسفات ولم تتولد طاقة حتي اآلن ولكن إستهالك 2
جزئ ِِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِ ِِِِِِِ.
)2يتحول الجليسرالدهيد -3-فو إلي مركب -3,1ثنائي فوسفوجلسرات فى وجود انزيم
فوسفوجليسرالدهيد ديهيدروجينيز .Phosphoglyceraldhyde dehydrogenase
)3يتحول مركب – 3 ،1ثنائى فوسفوجليسريت إلى -3فوسفوجليسريت –
phsphoglycerate 3فى وجود ADPوإنزيم فوسفوجليسروكينيز Phosphoglycero Kinaseويتكون جزئ .ATP
)4يتحول مركب -3فوسفوجليسرات إلى -2فوسفوجليسرات بواسطة إنزيم
فوسفوجليسروميوتيز 0 phsphoglyceromutase
)5باستبعاد عناصر الماء dihydrationمن مركب -2فوسفوجليسرات فى وجود إنزيم
إينوليز enolaseيتكون مركب فوسفواينول بيروفات phosphoenol Pyruvate
)6يتحول الفوسفواينول بيروفات إلى بيروفات Pyruvateفى وجود إنزيم بيروفات كينيز
Pyruvate Kinaseوجزئ .ADPوفى هذا التفاعل ينتقل شق حمض الفوسفوريك من
فوسفواينول بيروفات إلى جزئ ADPليتكون .ATP
Slide 11
فى المسلك ككل فإن تحول جزئ واحد من الجلوكوز إلى جزئين من البيروفات يعطى
2جزئ 2 ATPجزئ NADHكمحصلة نهائية وبالتالى فالناتج النهائى الحقيقى
من الطاقة لدورة الجليكولى هو 8جزيئات .ATP
كمية الطاقة الناتجة
التفاعل
جلوكوز
جلوكوز – – 6فوسفات
فركتوز – – 6فوسفات
-جزئ ATP
فركتوز – 6، 1ثنائى الفوسفات
-3فوسفوجليسرالدهيد
فوسفوجليسرات
–3،1
– 3 ، 1فوسفوجليسرات
-3فوسفوجليسرات
2جزئ فوسفواينول بيوفات
المجموع
2جزئ بيروفات
جزئ ATP 2 +جزئ NADH
( 6جزيئات)ATP
2 +جزئ TAP
2 +جزء ATP
8جزيئات ATP
Slide 12
المرحلة الثانية :مرحلة التفاعالت الوسطية
أ) تحلل البيروفات الناتجة عن التحلل الجليكولى إلى
خالت المرافق اإلنزيمى -أ
يتضح مما سبق فى مسلك التحلل الجليكولى أن ناتج
تحلل سكر الجلوكوز هو حمض البيروفيك والذى يتم
فى السيتوبالزم فى غياب األكسجين .وفى المرحلة
الوسطية وعند توفر األكسجين ينم أكسدة حمض
البيروفيك بنزع مجموعة الكربوكسيل
Oxidative decarboxylationوانطالق ك
أ 2ليعطى مركب خالت المرافق اإلنزيمى –أ
(.)Acelyl CoA
وخطوات هذه المرحلة تتم فى ظروف هوائية (أ)2
فى حشوة الميتوكوندريا
واإلنزيم المحفز لهذا التفاعل هو بيروفات
ديهيدروجنينيز Pyruvate
dehydrogenase
بيروفيت
CO2
NAD+
NADH+H+
Dehydrogenase
Acetyl Co. A
خالت المرافق
االنزيمى أ
Slide 13
ب) تحلل األحماض الدهنية:
تحلل األحماض الدهنية باألكسدة فى الموضع بيتا.
B
O
O
O
R – CH2 – C – o
R – C – o+ HS – CoA + ATP
R – C – ScoA + AMP + Pi
والناتج النهائى هو مركب خالت المرافق اإلنزيمى – أ ( )Acetyl CoAوالذى
يدخل فى تفاعل التنفس الهوائى (دورة كربس) بعد ذلك.
جـ تحلل األحماض األمينية:
تتحلل على مرحلتين كاآلتى-:
ينم فيها نزع مجموعة األمين ( )-NH2بتفاعل يسمى deaminationفيتحول
الحامض األمينى إلى حامض كيتونى.
R – C – COOH
R- C – COOH + NH3
NH2
O
( )2وفيها قد تتحول األحماض الكيتونية إلى خالت المرافق اإلنزيمى –أ ولكن من
المحتمل أن تتحول بعض األحماض الكيـتونية إلى أحماض عضوية ثالثية
الكربوكسيل والتى تشكل مركبات وسيطة فى دوره كربس.
Slide 14
المرحلة الثالثة :مرحلة التنفس الهوائى (دورة كربس
)Krebs cycleونظام نقل اإللكترون . ETS
عدم فاعلية دورة التحلل الجليكولى من حيث إنتاج الطاقة
خالت المرافق اإلنزيمى – أ ( )Acetyl CoAتعتبر حلقة الوصل بين التحلل
الجليكولى ودروة كربس
وهى دورة دائرية يتجدد فيها تكوين أيون األوكسالوخالت .Oxaloacetate
وعموما عن طريق دورة كربس ونظام نقل إللكترون يتم أكسدة البيروفات أكسدة
تامة إلى ك أ ، 2يد 2أ.
ومن خالل ارتباط دورة كربس مع نظام نقل اإللكترون (المرحلة الثالثة) نحصل 24
جزئ ATPلذلك يعتبر دورة كربس فعالة جدا فى انتاج الطاقة بالمقارن بالتحلل
الجليكولى .وعموما فإن تفاعالت دورة كربس ونظام نقل اإللكترون يحتاج إلى توفر
األكسجين وتحدث هذه التفاعالت فى الميتوكوندريا.
Slide 15
أوال :دورة كربس Krebs cycle:أو دورة حمض الستريك
Citric acid cycle
أو دورة األحماض ثالثية الكربوكسيل Tricarboxylic acid
cycle
التفاعل العام للدورة هو:
Acetyl COA + 3 NAD+ + FAD + GDP + P I + 2H2o
Co2+ 3NADH + FADH2+ GTP + 2 H+ + COA
وتتم الدورة فى خطوتين رئيسيتين هما:
الخطوة األولى:
وتمثل التفاعل األول فى دورة كربس ويتضمن تكثيف Condenstaionخالت
المرافق اإلنزيمى –أ ( )Acetyl CoAمع األكسالوخالت ( Oxaloacetateوهو
مركب رباعى الكربون) ويتكون مركب يحتوى على 6ذرات كربون هو الستريت
Citrate
ويجب أن يالحظ أن أحماض دورة كربس على الصورة األيونية ( )R - Coo-لذلك
تسمى سترات Citrateوأوكاسالوخالت Oxaloacetateوهكذا.
Slide 16
Slide 17
الخطوة الثانية:
وتمثل تفاعالت تجديد األوكسالوخالت Oxaloacetateمن حمض الستريك
Citrie acidحيث يتجدد تكوين حمض األوكسالوخليك من حمض الستريك.
التفاعل األول:
تحويل السترات Citrateإلى مشابهه Isocitrateويتم فى هذا التفاعل نزع
الماء dehyrationمن السترات ليتكون سس أكوينتات – acontat–Cis
فى وجود إنزيم acontaseثم إضافة الماء مرة أخرى إلى سس أكونتات ليتكون
األيزوسترات .Isocitrateوالغرض من هذه العملية هو تبادل مواضع الـ، H
OHللسماح للمركب بالدخول فى تفاعل أكسدة بنزع مجموعة الكربوكسيل.
التفاعل الثانى:
أكسدة االيزوسترات إلى ألفاكينوجلوتاريت Ketoglutarateوهو أول تفاعل
أكسدة فى الدورة ويتم فى وجود انزيم أيزوسترات ديهيدروجينيز Isocitrate
dehydrpgenaseوالمرافق اإلنزيمى NAD+حيث تحدث أكسدة لمشابه
السترات بنزع مجموعة الكربوكسيل فيتحول األيزوسترات إلى ألفاكيتوجلوتاريت.
ويعتبر األلفاكيتوجلورتاريت مركب أساسى ورئيسى الغنى عنه أليض النبات ألنه
يلعب دورا فى أيض الكربوهيدرات والدهون وكذلك فى بناء وتكسير األحماض
األمينية.
Slide 18
التفاعل الثالث:
أكسدة األلفاكينوجلوتاريت إلى سكسنيل المرافق اإلنزيمى.أ Succinyl CoAثم السكسينات .Succiateوهو
ثانى تفاعل أكسدة فى دورة كربس ويتم فى وجود انزيم .Ketoglutarate dehydrogenase
والطاقة المخزنة من سكنيل المرافق اإلنزيمى – أ تتحرر فى التفاعل التالى لتكون رابطة فوسفاتية غنية بالطاقة ويتم
ذلك فى وجود GDPوالفوسفور الغير عضوى ( )p1حيث يتحول سكسنيل المرافق اإلنزيمى –أ إلى السكسينات
Succiateوفى نفس الوقت يتحول إلى GDPإلى 0 ATP
وهذا هو التفاعل الوحيد فى الدورة الذى يعطى مباشرة مركب فوسفاتى غنى بالطاقة
التفاعل الرابع:
أكسدة السكسينات إلى الفيومارات Fumarateثم إضافة الماء إلعطاء الماالت .Malateتعتبر خطوة أكسدة
السكسينات إلى الفيورمات الخطوة التأكسدية الثالثة فى دورة كربس
حيث تتم األكسدة بنزع الهيدروجين عن طريق إنزيم سكسينات ديهديروجينيز Succiate delydrogenase
حيث يتم إزاحة زوج من اإللكترونات وزوج من ذرات الهيدروجين من السكسينات ويستعملون الختزال مجموعة
الفالفين أدينين ثنائى النيوكليوتيد ( Flavin adenine dinucleotide )FADالخاصة بإنزيم سكسينات
ديهيدروجينيز.
ونواتج تفاعل السكسينات هى الفيومارات والتى تحدث لها إضافة عناصر الماء Hydrationفى وجود إنزيم
الفيوماريز Fumaraseليعطى الماالت .Malate
التفاعل الخامس:
أكسدة الماالت لتكوين الكسالوخالت Oxaloacetate
وهذه هي الخطوة التأكسدية الرابعة لدورة كرربس
حيث تتحول الماالت إلي أوكسالوخالت في وجود إنزيم NADماالت ديهيدروجينيز dehydrogenase
NAD-Malateحيث يتم اختزال الـ NAD+إلي NADH+ H+وهكذا يتم تجديد األوكسالوخالت وتتم الدورة.
وكما سبق فإن دورة كربس بها 4خطوات تأكسدية
وتعتبر المرافقات المختزلة ( )NADH, FADHقوة اختزالية تستعمل النتاج ATPمن خالل تفاعالت األكسدة –
االختزال لنظام نقل اإللكترون وفي وجود أ 2حيث أن النظام يرتبط ارتباطا خاصا ً مع أغشية الميتوكندريا ودورة
كربس.
Slide 19
ودورة كربس تشبه الطاحونة فإذا توافرت الظروف الهوائية
وتوفر في الخلية خالت المرافق اإلنزيمي – أ ( من
الكربوهيدرات أو الدهون أو البروتينات) فإن االسيتايل كو -أ
يظل يتحد مع األوكسالوخالت Oxaloacetateويفقد علي
صورة ك أ 2محررا أوكساالت مرة أخري يتحد مع جزئ جديد
من خالت المرافق اإلنزيمي-أ وتعاد الدورة مرات ومرات
ويتضح من الدورة ان محصول الطاقة النهائي لكل جزئ
ِ3NADH, IGTP ) ATP
بيروفيت هو 12جزئ
)FADH2
أي أنها تساوي 12 = 2× 1 + 1+ 3×3جزئ ATP
وحيث أنه ينتج 2جزئ بيروفيت من اكسدة جزئ جلوكوز إذن
ينتج 24 = 12×2جزئ ATP
Slide 20
نظام نقل اإللكترون ).Electron transport system (ETS
الفسفرة التأكسدية ( )Oxidative phoshorylation
يرتبط نظام نقل اإللكترون باغشية الميتوكوندريا فالمركبات المكونة له تكون منغمسة في مادة الغشاء
الداخلي المتعرج وكذلك يرتبط بالزوائد المقبضية Cristالمسئولة عن تخليق الـ ADPكما ترتبط
النواتج المختزلة لدورة كربس وهي NADH+ H+ , FADH2مع نظام نقل اإللكترون ومن خالل
هذا اإلرتباط يعاد أكسدة المرافقات اإلنزيمية المختزلة NADH, FADH2وتستغل الطاقة المتحررة
من عملية األكسدة في تخليق جزيئات الـ . ATP
ويتم تخليق الـ ATPبواسطة سريان إإللكترون flow Electronخالل نظام ETSمع استعمال
األكسجين (أ )2كمستقبل نهائي لإللكترونات حيث يتحول إلي ماء وتسمي هذه العملية بالفسفرة التأكسدية
.
ويتركب نظام نقل اإللكترونات من سلسلة من المركبات الحاملة Carriersمثل FADو FMN
والمرافق االنزيمي – كيو CO Qوعدد من السيتوكرومات cytochromesمثل cyt . B, C ,
a and a3
ومن مالمح هذه السلسلة أن كل خطوة من خطواتها تقل في مستوي الطاقة عن الخطوة السابقة لها
بمعني أن اإللكترون يسري من مستوي طاقة عالي إلي مستوي طاقة أقل وبالتالي فإن فرق الطاقة
المترتب علي نقلة يستخدم إلضافة رابطة فوسفورية إلي مركب ADPفيتحول الي ثالثي .ATP
كل زوج من اإللكترونات ( زوج من ذرات الهيدروجين يستخدم في األكسدة واالختزال) يمر في نظام نقل
األلكترون إبتداء NADHحتي نهاية السلسلة يترتب عليه إنتاج 3وحدات من مركب ATPبينما يترتب
علي نقل اإللكترون من FADHإلي نهاية النظام إنتاج جزئيين فقط من ATP
وعندما تنتقل هذه األلكترونات إلي جزئ اإلكسجين تتحرر منها كمية كبيرة من الطاقة والتي تستخدم في
تكوين الـ ,ATPويتم هذا االنتقال عن طريق سلسلة حوامل االلكترونات السابق اإلشارة إليها 2 .وبذلك
ينشط األكسجين ويستقبل أيونات الهيدروجين الحرة ليكون الماء.
Slide 21
حساب الطاقة الكلية الناتجة من اكسدة جزئ جلوكوز
)1دورة التحلل الجليكولي ( مسلك :)EMP
التكسير الكامل لجزئ الجلوكوز يعطي 2جزئ حمض بيروفيك حيث ينتج جزيئين ATPوجزئ
NADHلكل جزئ واحد من حمض البيروفيك ويالحظ استهالك جزيئان ATPأثناء الدورة.
عموما التحليل الكامل لجزئ الجلوكوز إلي 2جزئ بيروفيك هو 4جزيئات ATPوجزيئان
NADH (= 6جزيئات )ATPوإستهالك 2جزئ . ATPإذن الناتج النهائي من الطاقة= 10
جزيئات ATPمطروحا منهم 2جزئ ATPيساوي 8جزئيات . ATP
)2المرحلة الوسيطة:
عند تحول جزئ واحد من حمض البيروفيك إلي خالت المرافق اإلنزيمي-أ ينتج جزئ NADHأما
تحلل جزيئين من حمض البيوفيك يعطي 2جزئ NADHأي ما يساوي 6جزيئات ATPلكل جزئ
جلوكوز.
)3دورة كربس:
عند دخول خالت المرافق اإلنزيمي –أ في الدورة واتحادها مع السيكسينات ألنتاج ك أ 2والطاقة نجد
أنه ينتج 3جزيئات NADH, 1جزئ GTPالذي يتحول الي جزي ATPباإلتحاد مع ADP
وجزئ واحد من الـ. FADإذن المحصلة النهائية للطاقة الناتجة من جزئ واحد حمض بيروقيك هي:
2جزئ NATH = ( = 9جزيئات ATP) + 1جزئ GTP
(= 1جزئ ATP) + 1جزئ FADH( = 2جزئ )ATPأي ما يساوي 12جزئ ATPوبالتالي
فإن الكمية الكلية من الطاقة ( )ATPلكل جزئ سكر = 2جزئ بيروفيك × 24= 12جزئ . ATP
ومما سبق يتضح أن الطاقة الكلية ( )ATPالناتجة من هدم جزئ جلوكوز هي8 :جزيئات من التحلل
الجيلوجي 6 +جزيئات عند تكوين خالت المرافق اإلنزيمي –أ 24 +جزئ من دورة كربس
وتساوي 38جزئ ATP
Slide 22
جدول يوضح محصول الطاقة الناتجة من األكسدة الكاملة
لجزئ واحد من الجلوكوز في وجود أ2
NADH
)(3ATP
FADH
)(2ATP
ATP
التحلل الجليكولي
)6(2
صفر
2
الكمية
الكلية من
ATP
8
المسلك
تكوين خالت المرافق األنزيمى أ
من حمض البيروفيك
)6( 2
صفر
صفر
6
دورة كربس
)18( 6
)4( 2
2
24
المجموع
3 x 10
= 30
4=2x 2
4
ATP 38
Slide 23
التخمر Fermemtation
تلجا بعض النباتات الراقية عند غياب األكسجين الي التنفس الالهوائي لمدة معينة حيث تتراكم نواتج التفاعل
الضارة مما يؤدي الي موت النبات ولكن بعض الكائنات الدقيقة خاصة المائية منها أن تتنفس بهذه الطريقة
أي التنفس الالهوائي Anaerobic respirationأو التخمر . Fermemtation
ويمكن تمثيل التفاعل الكلي لعملية التنفس في غياب األكسجين بالتفاعل التالي:
Glucose + 2pi + 2ADP +2H+
2 Ethanol + 2Co2 + 2ATP + 2H2o
أي أن جزئ واحد من الجلوكوز يتحول إلي 2جزئ كحول إيثايل ويتصاعد 2جزئ من غاز ك أ 2حيث
يتكون التخمر من سلسلة متتالية من التفاعالت تحدث في غياب أ. 2
وتوجد اختالفات بسيطة جدا بين خطوات التخمر وبين مسلك التحلل الجليكولي ولكن معظم المركبات الوسطية
توجد في كال المسلكين وفيهما يتحول سكر الجلوكوز الي حمض البيروفيك ولكن في التخمر تتقدم التفاعالت
خطوة الي األمام حيث أن حمض البيروفيك يتتحول الي اإليثانول وغاز ك أ 2أو الي حمض الالكتيك و ك أ2
أو الي أحد األحماض العضوية األخري تبعا لنوع الكائن الحي:
CO2
H+
NADH+H+
NAD+
O
CH3 C Coo
CH3
CHO
CH3 CH2OH
Pyruvate
Pyruvate
Acetaldhyd
Alkohol
Ethanol
Decarboxylase
Dehydrogenase
Slide 24
واإلنزيمان اللذان يحفزان هاتين الخطوتين هما إنزيم الكاربوكسيليز Carboxylaseوإنزيم الكحول
ديهيدروجينيز , alcohol dehydrogannaseوال ينتج أي جزيئات ATPفي هاتين الخطوتين
ولذلك فإن صافي الطاقة للتخمر هي 2جزئ ATPمن خطوات التحلل الجليكولي فقط .
وال يشكل التخمر الصورة الطبيعية لتنفس النباتات الراقية لكنه يمثل الوسيلة الكبري إلنتاج ATPفي عديد
من الكائنات الدقيقة والتي تسمي كائنات الهوائية تكسير المركبات العضوية في غياب أ 2وأحسن الكائنات
التخمرية المعروفة هي فطر الخميرة Yeast
ويمكن أن ينتج حمض الالكتيك acid lacticفي تخمر سكر الجلوكوز ببكتريا حمض الالكتيك خاصة في
اللبن حيث يتكون حمض الالكتيك من حمض البيروفيك بدال من الكحول اإليثايل ويحفز هذا التفاعل إنزيم
ديهيدروجينيز حمض الالكتي
O
OH
NADH+H+
NAD
CH3
C
COOH
CH3
C
COOH
Pyruvic Acide
Lactate
Lactic Acide
Dehydrogenase
والمعادلة العامة هي:
Glucose + 2pi +2ADP
2Lactate + 2ADP+ 2H2o
وتحتوي نواتج التخمر السابقة مثل اإليثانول وحمض الالكتيك علي كمية كبيرة من الطاقة لكن ال تستطيع
النباتات ان تستفيد من هذه الطاقة الغير ميسورة
وهذا يعتبر دليال علي ان التنفس الالهوائي عملية غير فعالة نسبيا ً.
Slide 25
عالقة أيض المواد الكربوهيدراتية بالنسبة
للمركبات األخري:
تعتبر المواد الكربوهيدراتية ذات اهمية ايضية كبيرة للنبات حتث تستخدم
كمواد بادئة النتاج ATPوالقوة اإلختزالية في صورة المرافق اإلنزيمي
المختزل NADHعن طريق عمليه التنفس
C6 H12 O6 + O2 + 38 ADP + 38 Pi 6Co2 + 6H2o + 38
ATP
وخالل عمليات األيض ال تتكسر المواد الكربوهيدراتية في العادة تكسيرا
كامال ولكنها تستخدم كأصول Precursorsلبناء المواد األخري بجانب
عنلية التنفس ويؤدي هذا الي بناء مواد الجدار الخلوي واألحماض النووية
والبرويتينات والدهون والهرمونات النباتية والصبغات ,ومن هذا يتضح أن
هناك عالقة ديناميكية بين تفاعالت البناء والتفاعالت المنتجة للطاقة وبين
تفاعالت التحوالت الكيموحيوية للمواد التي ينتج عنها العدد من المنتجات
النباتية كما بالشكل.
Slide 26
معامل التنفس ( Respiratory
)Quotient(RQ
يتم أكسدة أي مادة غذائية باألكسجين وينتج عن ذلك إنطالق كمية من ك أ2
ويقاس معامل التنفس بتقدير كمية غاز ك أ 2المنبعث أو األكسجين المستهلك
وأسهل طريقة معملية لذلك هو تقدير كمية ك أ 2المنبعث عن طريق إمتصاصة في
محلول من أيدروكسيد الصوديوم وتقدير كمية أ 2الممتصة بالمعايره
حجم ك أ 2الناتج من التنفس
وتسمي النسبة بين ك أ 2المنبعث و أ 2المستهلك بمعامل التنفس أو النسبة التنفسية
حجم األكسجين المستهلك في التنفس
حجم ك أ 2الناتج من التنفس
_______________________
إذن معامل التنفس يساوي:
حجم أ 2المستهلك فى التنفس
Slide 27
( )1في استعمال المواد الكربوهيدراتية في التنفس فإن معامل التنفس يساوي الوحده
6ك أ6 + 2يد 2أ +طاقة
ك 6يد 12أ6 + 6أ2
أي أن معامل أكسدة جزئ واحد جلوكوز يستهلك 6جزيئات أ 2وينتج 7جزيئات ك أ 2أي
أن معامل التنفس يساوي واحد صحيح.
( )2وفي حالة الدهون نجد أن النسبة التنفسية حوالي 0.71أي أقل من الواحد الصحيح حيث
تعتبر الدهون مواد مختزلة بالنسبة للكربوهيدرات لذلك تحتاج إلي كمية من أ 2أكبر من
المواد الكربوهيدراتية لتتأكسد في التنفس.
18ك أ + 2يد 2أ
ك 18يد 36أ 26 + 2أ2
0.69 = 26÷18RQ =
ومما سبق نستنتج أن مادة التنفس المستعملة بكثرة تحت الظروف الطبيعية هي المواد
الكربوهيدراتية .أما النباتات التي تنموا تحت ظروف قاسية من الجوع فإن معامل تنفسها
يكون باستمرار أقل من الوحدة.
( )3وفي حالة المواد سريعة األكسدة مثل األحماض الموجودة في دورة كربس أو النباتات
العصرية التي تستخدم األحماض العضوية فتكون النسبة التنفسية لها أكثر من الواحد
الصحيح مثل حمض الماليك.
4ك أ3 + 2يد 2أ
ك 4يد 6أ3 + 5أ2
1.33 = 3 ÷ 4 RQ =
Slide 28
معدل التنفس Respiration Rate
هو حجم األكسجين الذي تستهلكه أو حجم ثاني أكسيد الكربون
الذي تطلقة وحدة الوزن من النسيج النباتي -في وحدة الزمن-
تحت ظروف الضغط والحرارة المعينة,
حيث تختلف الوحدات المستعملة في قياس معدل التنفس
باختالف حجم العينة فقد تستعمل وحدات الميكرو لتر لكل ساعة
إذا كانت العينة صغيرة او قد يستعمل ملليلتر لكل جرام لكل
ساعة.
Slide 29
العوامل التي تؤثر علي معدل التنفس:
)1درجة الحرارة Temperature
تفاعالت التنفس تكون حساسة للتغير في درجة الحرارة حيث يحفز هذه التفاعالت إنزيمات معدل تنفس
األنسجة النباتية يكون بطيئا عند درجات الحرارة المنخفضة القريبة من الصفر المئوي ويزداد هذا المعدل
تدريجيا بارتفاع درجة الحرارة حتي يصل الي أقصي يؤدي الي تحطيم اإلنزيمات ويكون في حدود 45 – 35م.
ثم يظهر األثر السيئ لدرجة الحرارة وينخفض المعدل.
)2األكسجين Oxygen
ومن الضروري توفر أ 2حتي تحدث تفاعالت دورة كربس حيث ان أ 2هو المستقبل النهائي لإللكترونات في
نظام نقل اإللكترون وعموما ً يتناقص معدل التنفس بنقص تركيز األكسجين في الوسط المحيط بالخاليا
المتنفسة.
)3 تركيز ثاني أكسيد الكربون Carbon Dioxide
تعمل زيادة تركيز ك أ 2حول الخاليا المتنفسة عن خفض أو تثبيط معدل تنفسها
)4األمالح الغير عضوية Inorganic salts
معدل التنفس يزداد إذا نقل النبات من الماء إلي محلول ملحي.
)5التنبيه أو الحث الميكانيكي Mechanical stimulation
معدل تنفس األوراق يزداد بمسك هذه األوراق باليد او خبطها أو ثنيها.
)6الجروح Wounds
جرح أحد أعضاء النبات يزيد من تنفس هذا العضو وبصفة عامة فإن الجروح يترتب عليها حدوث النشاط
المرستيمي في منطقة الجرح وتكون النتيجة تكون الكالوس في مكان الجرح وعموما فإن زيادة معدل النشاط
المرستيمي وتكوين الكالوس يحتاج إلي معدل اكبر من التنفس.