التخمر والتنفس اللاهوائي
في غياب الأكسجين، تحافظ الكائنات الدقيقة على الطاقة من خلال التخمر، الذي يوازن الأكسدة والاختزال داخليًا، أو من خلال التنفس اللاهوائي، الذي يستخدم مستقبلات إلكترونات طرفية بديلة.
Definition
التخمر هو عملية هدم لاهوائية متوازنة إلكترونيًا تحافظ على الطاقة عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة دون مستقبل إلكترونات خارجي، بينما يحافظ التنفس اللاهوائي على الطاقة من خلال نقل الإلكترونات إلى مستقبل آخر غير الأكسجين.
Scope
يغطي هذا الموضوع مبادئ التخمر ومساراته الرئيسية، بما في ذلك تخمرات حمض اللاكتيك، والتخمر الكحولي، والتخمرات الحمضية المختلطة؛ وتنوع التنفس اللاهوائي باستخدام مستقبلات مثل النترات، والكبريتات، والحديديك، وثاني أكسيد الكربون؛ والأهمية البيئية والتطبيقية للأيض اللاهوائي. كما يقارن بين طاقة هذه الاستراتيجيات والتنفس الهوائي.
Core questions
- كيف تحافظ الخلايا على الطاقة عندما لا يتوفر الأكسجين؟
- ما هي المنتجات التي تميز مسارات التخمر الرئيسية؟
- ما هي مستقبلات الإلكترونات البديلة التي تدعم التنفس اللاهوائي؟
- لماذا تنتج الاستراتيجيات اللاهوائية عادةً طاقة أقل من التنفس الهوائي؟
Key concepts
- التخمر والتوازن الداخلي للأكسدة والاختزال
- تخمرات حمض اللاكتيك، والكحولية، والحمضية المختلطة
- مستقبلات الإلكترونات البديلة
- تنفس النترات، والكبريتات، والكربونات
- إنتاج الطاقة من الأيض اللاهوائي مقابل الأيض الهوائي
Mechanisms
في التخمر، تتأكسد الركيزة جزئيًا وتنتقل إلكتروناتها إلى مركب عضوي وسيط، مما يعيد توليد حاملات الإلكترونات وينتج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة؛ والنتيجة هي منتجات تخمر مميزة. في التنفس اللاهوائي، تتدفق الإلكترونات عبر سلسلة نقل إلى مستقبل غير عضوي أو عضوي بخلاف الأكسجين، مما يولد قوة دافعة بروتونية؛ ولأن هذه المستقبلات لها إمكانات اختزال أقل من الأكسجين، فعادةً ما يتم الحفاظ على طاقة أقل.
Clinical relevance
يعد الأيض اللاهوائي محوريًا للعديد من العمليات الصناعية والبيئية، بما في ذلك إنتاج الأطعمة المخمرة والمشروبات والوقود الحيوي، ووظيفة الموائل اللاهوائية مثل الرواسب والأمعاء، والدورة العالمية للنيتروجين والكبريت من خلال الاختزالات التنفسية.
History
أرست دراسات لويس باستور في القرن التاسع عشر التخمر كعملية بيولوجية تقوم بها الكائنات الدقيقة الحية في غياب الهواء، وقد وصفت الأعمال اللاحقة الأشكال العديدة للتنفس اللاهوائي التي تستغل مستقبلات الإلكترونات البديلة في البيئات اللاهوائية.
Key figures
- Louis Pasteur
- Sergei Winogradsky
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- كيف يختلف التخمر عن التنفس اللاهوائي؟
- كلاهما يحدث بدون أكسجين، لكن التخمر يوازن الإلكترونات داخليًا باستخدام جزيء عضوي كمستقبل نهائي وينتج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة، بينما يمرر التنفس اللاهوائي الإلكترونات عبر سلسلة نقل إلى مستقبل خارجي مثل النترات أو الكبريتات، مما يولد قوة دافعة بروتونية.