ديناميكية الخمية :

تستمد الكائنات الحية الطاقة مف مصادر مختمفة لتستخدميا في بناء الجزيئات الضرورية لمنمو والتكاثر ، ولنقؿ المواد داخؿ اجساميا وغير ذلؾ. تحصؿ الكائنات الحية عمى الطاقة الالزمة

فس الخموي، تقـو الخاليا لمقياـ بيذه النشاطات عف طريؽ الغذاء بشكؿ رئيسي. فأثناء عممية التنبتحطيـ جزيئات الغذاء، أي المركبات العضوية التي تحتوي عمى طاقة كيميائية كامنة عمى شكؿ

روابط بيف الذرات المكونة ليا، ويمكف ليذه الطاقة أف تنطمؽ بتحطيـ الروابط عبر سمسمة مف طاقة المتحررة بيذه ( كما يمكف استخداـ ال Anabolismالتفاعالت)تدعى االستقالب اليدمي

الطريقة لتمبية متطمبات الخمية مف الطاقة لتسيير العمميات المستيمكة ليا في الجسـ وبناء ما (. Catabolismتحتاجو مف مواد مف خالؿ عمميات تدعى )االستقالب البنائي

تحوالت الطاقة :

توجد الطاقة عمى أشكاؿ عديدة مألوفة كالطاقة الحرارية والضوئية والكيميائية والكيربائية. ويمكف أف تتحوؿ تحويؿ الطاقة أو تغييرىا مف شكؿ آلخر ، فعمى سبيؿ المثاؿ يمكف لمطاقة الكيربائية

الى طاقة ضوئية وأخرى حرارية وىذا ما يعرؼ بالقانوف األوؿ لمديناميكا الحرارية، و ينص القانوف الثاني لمديناميكا الحرارية عمى اف الطاقة الحرة تتناقص في اثناء تحوؿ الطاقة مف شكؿ

آلخر.

التركيب الضوئي:

الكرة األرضية، إذ قدر بأف النباتات تعتبر عممية التركيب الضوئي أىـ عممية انتاجية عمى سطحبميوف طف مف المواد 470الموجودة عمى الكرة األرضية تركب مف خالؿ ىذه العممية ما يعادؿ

بميوف طف مف الماء 280و CO2بميوف طف مف 690العضوية كؿ سنة مستعممة في ذلؾ المضاؼ إلى اليواء بميوف طف مف األوكسجيف إلى اليواء، إف ليذا األوكسجيف 500وتحرر

أىمية حيوية كبيرة نظرًا الستعمالو مف قبؿ كؿ مف النباتات والحيوانات في عممية التنفس اليوائي.

تعتمد الحياة اعتمادًا كميًا عمى الطاقة الشمسية التي تخزنيا النباتات مف خالؿ عممية التركيب نع مف قبؿ النباتات.الضوئي محولة إياىا إلى روابط جديدة في جزيئات الغذاء المص

إف المواد األولية الالزمة لحدوث عممية التركيب الضوئي ىي جزيئات بسيطة غير عضوية (CO2 تدخؿ في تفاعالت التركيب الضوئي وتؤدي إلى تكويف جزيئات الغذاء األكثر )والماء

تعقيدًا، في حيف ينطمؽ غاز األوكسجيف كناتج ثانوي.

القياـ بعممية التركيب الضوئي بالكائنات ذاتية التغذية وتدعى الكائنات التي تستطيع (autotrophs( وذلؾ بالمقارنة مع الكائنات غيرية التغذية ،)heterotrophs التي تحصؿ )

عمى غذائيا جاىزًا مف كائنات أخرى.

والنباتات ليست الكائنات الحية الوحيدة التي تقوـ بعممية التركيب الضوئي، فالطحالب وبعض ع البكتيريا )السيانوبكتيريا( تستطيع القياـ بيذه العممية.أنوا

تحتاج عممية التركيب الضوئي إلى آلية كيميائية معقدة، يمكف تمخيصيا عمى النحو التالي:

مجموعة مف التفاعالت تتضمف التقاط الطاقة الضوئية إلثارة األصبغة الضوئية لتوليد .1 المزود اآللي لاللكترونات.

مف تفاعالت األكسدة واالرجاع التي تقترف فييا انتقاؿ االلكترونات مع انتاج مجموعة .2 .NADPHو ATPكؿ مف الػ

NADPHوااللكترونات مف ATPسمسمة حمقية مف التفاعالت التي تستخدـ الطاقة مف .3 عمى شكؿ مركبات عضوية. CO2لتثبيت

ـ التفاعالت الضوئية ألف الطاقة تعرؼ المجموعتاف األولى والثانية مف ىذه التفاعالت باس الضوئية ىي التي تسيرىما مباشرًة.

تتضمف االستخداـ أما المجوعة الثالثة مف التفاعالت فتعرؼ بالتفاعالت المظممة ألنيا ال المباشر لمطاقة الضوئية.

تتـ التفاعالت الضوئية في أغشية التيالكوئيدات في البالستيدات الخضراء، وىي أغشية تحتوي أما التفاعالت المظممة فتتـ في المادة األساسية عمى الصبغات التي تمتقط الطاقة الضوئية.

(stroma.في البالستيدات الخضراء )

يعتبر الكموروفيؿ مف أىـ صبغات التمثيؿ الضوئي عند الكائنات ذاتية التغذية الذي يستطيع لؼ جزيء الكموروفيؿ مف امتصاص كؿ مف الضوء األحمر واألزرؽ مف الطيؼ الضوئي. يتأ

( يحتوي ذرة porphyrnجزئيف مميزيف األوؿ عبارة عف تركيب حمقي معقد يعرؼ بالبورفيرف )مغنزيـو في مركزه وىو يمثؿ الجزء النشط في جزيء الكموروفيؿ إذ أنو يمتقط الطاقة الضوئية.

( كارىة لمماء.phytolأما الجزء اآلخر فيو سمسمة طويمة تعرؼ بالفيتوؿ )

التي تظير أطياؼ امتصاص مختمفة إلى حد ما فيما .…,a,b,dيميز مف الكموروفيؿ عدة أنواع بينيا، ويعد الكموروفيؿ أ الصبغة الرئيسية التي تقـو بعممية التركيب الضوئي، أما بقية األنواع

فتعمؿ كصبغات مساعدة لو.

ر تمؾ التي يمتصيا يحتوي الضوء المرئي الذي تمتصو النباتات عمى أطواؿ موجات غيتضيع ىذه الطاقة سدى، فإف النباتات تمتمؾ صبغات أخرى مساعدة الكموروفيؿ، وحتى ال

، مف أىـ ىذه الصبغات المساعدة aتمتص ألواف الضوء األخرى وتقوـ بتحويميا إلى الكموروفيؿ ( والموجودة في جميع النباتات الخضراء. carotenoidsالكاروتينيدات )

لكاروتينيدات ثالثة انواع مف االصبغة ) الكاروتيف وىو صباغ برتقالي الموف يميز مف ا،والميكوبيف احمر الموف والزانتوفيؿ اصفر الموف ( ، لمكاروتينيدات طبيعة دىنية لذلؾ ال تنحؿ

بالماء.

تتألؼ الكاروتينيدات مف سالسؿ ىيدروكربونية طويمة تنتيي بتراكيب حمقية في نيايتيا. وتعمؿ كاروتينيدات كدرع يحمي صبغة الكموروفيؿ مف الضرر الناتج عف العوامؿ المؤكسدة القوية التي ال

تتكوف بطريقة مباشرة أو غير مباشرة نتيجة التعرض لكثافات ضوئية شديدة، كما تعتبر مصدرا . تمتص الكاروتينيدات الضوء dلمفيتامينات خاصة الكاروتيف بيتا الذي يشكؿ طميعة الفيتاميف

في المجاؿ االزرؽ .

وباإلضافة إلى الصبغات السابقة، تحتوي الطحالب الحمراء والطحالب الخضراء المزرقة عمى ( ومنيا الصبغة phycobilinsمجموعة أخرى مف الصبغات المساعدة تعرؼ بالفايكوبيمينات )

بالفايكوسيانيف ( والصبغة الزرقاء المعروفة phycoerythrinالحمراء المعروفة بالفايكوايريثريف )(phycocyaninوتمتص ىذه الصبغات موجات الضوء ذات األطواؿ التي ال ) يمتصيا

الستخداميا في عممية التركيب aالكموروفيؿ بشدة، ثـ تنتقؿ ىذه الموجات إلى الكموروفيؿ الضوئي.

الية التركيب الضوئي : تتضمف مرحميتيف:

مرحمة التفاعل الضوئي – 1

ص الطاقة الضوئية بوساطة جزيئات اليخضور وتحويميا لطاقة كيميائية تختزف ويتـ فييا امتصااضافة لتفاعالت النقؿ االلكتروني التي تؤدي الى ارجاع ATPمؤقتًا في جزيئات الطاقة

NADP وتحدث ىذه المرحمة في أغشية الكييسات لمصانعة الخضراء . ويوفر كؿ مف الناتجيف،تدعى مجموعة تفاعالت مف طاقة ومف قوة إرجاعيو. CO2ز الضوئييف ما يتطمبو تثبيت غا والتي يمكف تمثيميا عمى الشكؿ التالي : Hillالمرحمة الضوئية بتفاعؿ ىؿ

صانعات خضراء

NADP+ 2H2O → 2NADPH+H +O2

الضوء

تقسـ األصبغة الموجودة في الصانعات الخضراء الى نظاميف ضوئييف يتعاوناف معًا ويعمالف عمى التوالي في اتماـ التفاعؿ الضوئي وىما:

النظاـ الضوئي األوؿ: وفيو يبمغ اليخضور أوج امتصاصو لمضوء عند طوؿ الموجة -1 نانومتر. 700

يو يبمغ اليخضور أوج امتصاصو لمضوء عند طوؿ الموجة النظاـ الضوئي الثاني: وف -2 نانومتر. 680

جزيء مف اليخضور وأصبغة مساعدة 300-200ويتكوف النظاـ الضوئي مف تجمع في النظاميف a, b كالكاروتينات والكسانتوفيالت ونواقؿ االلكترونات ,وتختمؼ نسبة اليخضور

أعمى في النظاـ الثاني . bاليخضور في النظاـ األوؿ أعمى بينما aفنسبة اليخضور

في النظاـ الضوئي األوؿ: -1

تقتنص جزيئات اليخضور الطاقة الضوئية )الفوتونات( فتتييج مما يؤدي الى انطالؽ الكترونات ينتقؿ بعض منيا في سمسمة نواقؿ لإللكتروف عائدًا الى اليخضور نفسو)نقؿ منيا غنية بالطاقة.

. وينتقؿ البعض األخر الى مركب ATPتي تستخدـ في بناء اؿدائري( محررًا الطاقة ال+NADP الذي يرجع بشوارد الييدروجيف الناتجة مف تحمؿ الماء الىNADPH.H نقؿ غير(

دائري(.

في النظاـ الضوئي الثاني: -3

تقتنص جزيئات اليخضور الطاقة فتتييج وتنطمؽ منيا الكترونات غنية بالطاقة تنتقؿ في سمسمة وتنتيي الى اليخضور في ATPقؿ لإللكتروف فتتحرر منيا الطاقة التي تستخدـ في بناء الػنوا

النظاـ الضوئي األوؿ لتعوضو ما فقده مف الكترونات ثـ يتحمؿ الماء ضوئيًا .وىكذا تكوف نتائج التفاعالت الضوئية ىي :

. ATPتكويف مركب الطاقة -1

.NADPH.Hالى NADPارجاع مركب + -2 ألوكسجيف مف تحمؿ الماءانطالؽ ا - -3

كالفن( مرحمة التفاعل الال ضوئي :)حمقة -2

ويتـ فييا ارجاع غاز ثاني أكسيد الكربوف الى المركبات الكربوىيدراتية )السكريات ( وتحدث في حشوة الصانعة الخضراء لتوفر األنزيمات والمواد الالزمة حيث يتـ ارجاع غاز ثاني أكسيد

الكربوف وتثبيتو في مركبات عضوية.

. NADPH.Hو ATPالتفاعالت الضوئية وىما ويتطمب ذلؾ وجود مركبي الطاقة الناتجيف في تتـ التفاعالت الالضوئية بشكؿ حمقي .

نػواتػج الػتػركػيػب الػضػوئػي:

بينت التجارب بأف قسمًا مف سكر العنب يتأكسد في عممية التنفس محررًا الطاقة المختزنة فيو ليستفيد منيا النبات في عممياتو الحيوية, وقسـ آخر يتحوؿ الى سكر قصب أو نشاء أو سيمموز

ثالث يتحوؿ الى مركبات عضوية ىامة كالدسـ والبروتينات . اذ تتحوؿ بعض في النبات ,وقسـالجزيئات ثالثية الكربوف في حمقة كالفف الى حموض دسمة تتفاعؿ مع الغميسروؿ لتعطي مواد

دسمة, وبعضيا يتفاعؿ مع مركبات آزوتية يمتصيا النبات مف التربة معطيًا حموضًا أمينية البروتينات في النبات. تعطي بارتباطيا مع بعضيا

:Respirationالتنفس الخموي

ينتج عف عممية البناء الضوئي مركبات عضوية )السكريات( بيا طاقة كيميائية مخزونة عمى ىيئة روابط كيميائية. ىذه المركبات العضوية تستغميا خاليا النبات والحيواف، إذ تقـو بتكسيرىا

وابط فوسفاتية ذات طاقة عالية في مركب ثالثي فوسفات وخزف الطاقة الناتجة عمى ىيئة ر ( وىذه ىي ATPوالذي يرمز لو اختصارًا بالرمز ) triphosphate Adenosineاألدينوزيف

مايعرؼ بالتنفس الخموي.

يعد التنفس الخموي الذي يحدث معظـ تفاعالتو في الميتوكوندريا جزء مف النشاطات الكيميائية األيض اليدمي حيث يوفر الطاقة المطموبة لعمميات األيض البنائي لمخاليا والذي يعرؼ ب

والمركبات الوسطية الناتجة مف سمسمة التفاعالت كمركبات بادئة لعمميات البناء )مواد خاـ(.

والتنفس عممية أكسدة لممواد الغذائية واختزاؿ لألوكسجيف لتكويف الماء فمثاًل سكر الغموكوز يوائي يكوف إجمالي التفاعؿ ألكسدتو عمى النحو التالي:عندما يدخؿ في التنفس ال

C6H12O6+6O2 →6CO2+6H2Oطاقة+

سعر/جزيء. مف المواد الغذائية التي تستخدـ في التنفس 686وىذا التفاعؿ منتج لطاقة تساوي النشاء والسكروز والغموكوز وغيرىا مف السكاكر والمواد الدىنية واألحماض العضوية وتحت

ة قد تستعمؿ البروتينات كمواد أولية لمتنفس.ظروؼ معين

تعد الخاليا الحية ديناميكية، تكسر المواد وتعيد بناء المواد باستمرار حسب الحاجة وال تتوقؼ عف القياـ بذلؾ إال عندما يكوف معدؿ اليدـ أعمى مف معدؿ البناء وتصؿ الخمية إلى طور

آليات الشغؿ الكيميائي الحيوي. ولمتبسيط الشيخوخة. عمى العمـو فالتنفس الخموي جزء مف وسيولة معالجة الموضوع اعتاد العمماء عمى تمييز نوعيف مف التنفس الخموي: فيو إما أف يكوف

ما أف يكوف الىوائيًا حسب وجود األوكسجيف ونوع الكائف الحي. ىوائيًا وا

:Aerobic Respirationالتنفس الخموي الهوائي

ىو السائد في النباتات الخضراء والحيوانات الراقية ويشتمؿ عمى مجموعة ىذا النوع مف التنفسمف التفاعالت المتتالية يمكف تقسيميا لمتبسيط إلى ثالث مراحؿ رئيسية ىي التحمؿ السكري ودورة

كريبس وسمسمة نقؿ االلكترونات.

:Glycolysisالتحمل السكري -1

وات يتـ بموجبيا شطر جزيء الغموكوز ذي وىو مجموعة مف التفاعالت المتتابعة في تسع خطالست ذرات مف الكربوف إلى جزيئيف مف مركب ذي ثالث ذرات مف الكربوف وىو حمض البيروفيؾ. ىذه التفاعالت تتـ في سيتوبالسـ الخمية إذ أف األنزيمات الالزمة إلتماـ ىذه

ي جميع الكائنات الحية. التفاعالت موجودة في السيتوبالسـ وىذه المرحمة مف التنفس موجودة ف التالي .إف ىذه المرحمة مف التنفس الخموي تتـ في عدة خطوات كما ىي موضح في الشكؿ

( وأربعة NADH + Hوجزيئاف مف ) إف ناتج تفكؾ الغموكوز ىو: جزيئاف مف حمض البيروفيؾة لتييئة جزيء الغموكوز وخالص ATPبينما استخدمت الخمية جزيتيف مف ATPجزيئات مف

التفاعالت السابقة ىي:

C6H12O6 + 2ATP + 4ADP + 2Pi + 2NAD → 2C3H4O3 + 2ADP + 4ATP + 2NADH + 2H + 2H2O

أكسدة حمض البيروفيك : -2

في خطوة تمييدية بعد دخوؿ البيروفات إلى الميتوكوندريا وقبؿ بدء دورة كريبس يحدث تفاعؿ واتحاد وأكسدتو بنزع ذرتي ىيدروجيف ربوف لحمض البيروفيؾ يتـ فيو نزع جزيء ثاني أوكسيد الك

الجزء المتبقي وىو المجموعة األسيتيمية مؤقتًا مع مساعد إنزيمي، ليتكوف أستيؿ المساعد ( كما في المعادلة التالية والشكؿ رقـ ) (Acetyl CoAاإلنزيمي أ )

Peruvate + NAD + CoA-SH → acetyl-S-CoA + NADH + H + CO2

Error!

:Krebs cycleدورة كريبس -3

Tricarboxylic acid cycleثي الكربوكسيؿتعرؼ ىذه الدورة باسـ آخر وىو دورة الحمض ثال( ألف بعض األحماض الموجودة في الدورة تحوي ثالث مجموعات TCAأو باختصار )

كربوكسيمية. تبدأ الدورة بمادة التفاعؿ األساسية وىي أستيؿ المساعد اإلنزيمي أ حيث يتحد مع عضوي سداسي ذرات الحمض العضوي رباعي ذرات الكربوف أكسالوأستيؾ ليتكوف الحمض ال

الكربوف السيتريؾ ويتحرر المساعد اإلنزيمي أ ليتحد مع مجموعة أسيتيمية أخرى.

:Electron Transport Chainسمسمة نقل االلكترونات -4

تتألؼ سمسمة نقؿ االلكترونات مف مجموعة مف المركبات الناقمة لاللكترونات حيث تكوف ىذه ( في الغشاء الداخمي لمميتوكوندريا. تترتب ىذه النواقؿ في النواقؿ مراكز )ويوجد منيا عدة آالؼ

المركز الواحد بطريقة معينة بحيث تنتقؿ االلكترونات خطوة تمو األخرى مف مركب ذي جيد تأكسدي اختزالي منخفض )أي مف الصعب اختزالو حسب قوانيف الديناميكا الحرارية( إلى مركب

ابقو حيث ينتيي المطاؼ بااللكترونات إلى آخر ذي جيد تأكسدي اختزالي أعمى مف ساألوكسجيف الذي يتصؼ بجيد تأكسدي اختزالي عاؿ بالنسبة ليذه المركبات المكونة لسمسة نقؿ االلكتروف، وىنا يتحد األوكسجيف مع أيونات الييدروجيف لتكويف الماء. ويعتقد أف الترتيب متتابع

فرؽ الجيد. وكؿ مركب ال يتقبؿ االلكترونات بحيث يكوف نقؿ االلكتروف في اتجاه واحد وحسب إال مف المركب الذي يسبقو فقط.

تقؿ عف التسعة بينيا نواقؿ وسطية ال تـ التعرؼ عمى ستة نواقؿ لاللكتروف رئيسية تضـ ما( والفالفوبروتيف Cytochrome oxidaseأكسيديز ) نواقؿ مف أبرزىا إنزيـ سيتوكروـ

(Flavoproteinsينقؿ االل ،) كتروف إلى المرافؽ اإلنزيمي كيو ثـ يتدرج في نظاـ السيتوكروـ حيث يصؿ إلى األوكسجيف في الترتيب العاـ التالي )دوف ذكر لمنواقؿ الوسطية(:

NADH → FMN →CoQ→Cyytb→Cytc→Cyta→ Cyta3 → O2

يب وقد اقترح عدة نماذج )موديالت( لتوضيح المسار الذي تجري فيو ىذه االلكترونات والترت .الذي تتخذه ىذه المركبات كما في الشكؿ

في المرحمة الثالثة مف التنفس الخموي عف NADH ،FADH2قة الناتجة مف أكسدة وكمية الطا طريؽ سمسمة نقؿ االلكترونات يمكف تمخيصيا كالتالي:

10NADH + 10H + 2FADH2 + 32ADP + 32Pi +6O2 → 10NAD + 2FAD + 32ATP + 42H2O

لمراحؿ الثالث لمتنفس إلى أما الطاقة الكمية الناتجة عف التنفس الخموي فيمكف إضافة ممخصات ا بعضيا البعض لتعطي المعادلة التالية:

C6H12O6 + 6O2 + 36ADP + 36Pi → 6CO2 + 36ATP + 42H2O

( والناتجة مف تكسير جزيء ATPممخصًا لكمية الطاقة المخزنة في مركب ) الشكؿ اآلتييوضح الغموكوز.

:Anaerobic Respirationالتنفس الخموي الالىوائي

إف عممية نقؿ االلكترونات في في غياب األوكسجيف الذي يعد المستقبؿ النيائي لاللكترونات فالسمسمة تتوقؼ، وبالتالي تتوقؼ دورة كريبس، لذا فإف عممية الحصوؿ عمى الطاقة مف الغموكوز

تقتصر عمى التحمؿ السكري حيث أف الناتج النيائي في التحمؿ السكري يتحوؿ إلى مركبات لكي تتـ الدورة لو. NADوبالتالي يتيسر NADHأخرى تستغؿ

ة التنفس الخموي الالىوائي ما يعرؼ بعممية التخمر أو التخمر الكحولي مف أمثمFermentation الدىيد مع فقد جزيء ثاني حيث يتحوؿ حمض البيروفيؾ إما إلى أسيت

المتكوف أواًل في التحمؿ السكري NADHأوكسيد الكربوف ومف ثـ يتحوؿ األسيت الدىيد بوساطةؿ رقـ ) ( كما في عممية تخمر سكر العنب بوساطة الشك Ethyl alcholإلى كحوؿ إيثيمي

ما وبدرجة أقؿ شيوعًا في .Lactic acidات إلى حمض المبف )الكتيؾ( بالنالخميرة وا

Error!

Error!