فصل5: از ماده به انرژی
گفتار3: زیستن مستقل از اکسیژن
آنچه خواهید دید
تخمیر
سلامت بدن: آنتی اکسیدان ها (پاداکسنده ها)
پرسش ها
در تنفس یاخته ای، اکسیژن گیرنده نهایی الکترون است.
آیا تجزیه گلوکز و تامین انرژی، همیشه وابسته به حضور اکسیژن است؟
آیا در محیط هایی که اکسیژن ندارند یا اکسیژن اندکی دارند، حیات وجود ندارد؟
در این صورتATP مورد نیاز چگونه تامین می شود؟
تخمیر
تخمیر از روش های تامین انرژی در شرایط کمبود یا نبود اکسیژن است که در انواعی از جانداران رخ می دهد.
در فرایند تخمیر، میتوکندری و در نتیجه زنجیره انتقال الکترون نقشی ندارند.
انواع تخمیر
تخمیر الکلی
تخمیر لاکتیکی
در صنایع متفاوت از آنها بهره می بریم.
تخمیر الکلی در پخت نان
ویژگی تخمیر الکلی و لاکتیکی
تخمیر الکلی و لاکتیکی مانند تنفس هوازی با گلیکولیز آغاز می شوند و پیرووات ایجاد می کنند.
در گلیکولیز تشکیل پیرووات از قندِ فسفاته، همراه با ایجاد NADH از NAD+ است.
بنابراین برای تداوم گلیکولیز، NAD+ضروری است و اگر نباشد گلیکولیز متوقف می شود و در نتیجه تخمیر انجام نمی شود.
در تخمیر، مولکول هایی ایجاد می شوند که در فرایند تشکیل آنها NAD+ به وجود می آید.
تخمیر الکلی
ورآمدن خمیر نان به علت انجام تخمیر الکلی است.
در این فرایند، پیرووات حاصل از گلیکولیز با ازدست دادن CO2 ، به اِتانال تبدیل می شود.
اِتانال با گرفتن الکترون های NADH اتانول ایجاد می کند.
تخمیر لاکتیکی
ماهیچه های اسکلتی برای تجزیه کامل گلوکز به اکسیژن نیاز دارند و اگر اکسیژن کافی نباشد، لاکتات در ماهیچه ها تجمع می یابد.
فعالیت شدید ماهیچه ها به اکسیژن فراوان نیاز دارد.
اگر اکسیژن کافی نباشد، پیرووات حاصل از گلیکولیز وارد میتوکندری ها نمی شود، بلکه با گرفتن الکترون های NADH به لاکتات تبدیل می شود. (شکل 11)
شکل11. تخمیر لاکتیکی. علت ترش شدن شیر، لاکتیک اسید است.
نقش باکتری ها در تخمیر
انواعی از باکتری ها تخمیرلاکتیکی را انجام می دهند.
بعضی از این باکتری ها، مانند آنچه در ترش شدن شیر رخ می دهد، سبب فساد غذا می شوند.
اما انواعی از آنها در تولید فراورده های غذایی به کار می روند.
تخمیر لاکتیکی در تولید فراورده های شیری و خوراکی هایی مانند خیارشور نقش دارد.
تخمیر در گیاهان
گیاهانی که به طور طبیعی در شرایط غرقابی رشد می کنند، سازوکارهایی برای تامین اکسیژن مورد نیاز دارند.
تشکیل بافت پارانشیمی هوادار (نرم آکنه ای) در گیاهان آبزی و شُش ریشه در درخت حَرّا از این سازوکارها است.
اگر اکسیژن به هر علتی در محیط نباشد یا کم باشد، تخمیر انجام می شود.
هر دو نوع تخمیر الکلی و لاکتیکی در گیاهان وجود دارد.
تجمع الکل یا لاکتیک اسید در یاخته گیاهی به مرگ آن می انجامد، بنابراین باید از یاخته ها دور شوند.
سلامت بدن: پاداکسنده ها
رادیکال های آزاد به علت داشتن الکترون های جفت نشده در ساختار خود، واکنش پذیری بالایی دارند و می توانند در واکنش با مولکول های تشکیل دهنده بافت های بدن، به آنها آسیب برسانند.
امکان تشکیل رادیکال آزاد از اکسیژن در فرایند تنفس هوازی، وجود دارد.
اما چگونه؟
رادیکال آزاد اکسیژن
اکسیژن با پذیرش الکترون در پایان زنجیره انتقال الکترون، به یون اکسید (O2-) تبدیل می شود.
یون های اکسید با یون های هیدروژن (H+) ترکیب می شوند و درنتیجه مولکول آب به وجود می آید.
اما گاهی درصدی از اکسیژن ها وارد واکنش تشکیل آب نمی شوند، بلکه به صورت رادیکال آزاد در می آیند.
𝑂 2−
O.
𝟏𝒔 𝟐 , 𝟐𝒔 𝟐 𝟐𝒑 𝟒
خنثی کردن اثر سمّی رادیکال های آزاد
رادیکال های آزاد از عوامل ایجاد سرطان اند.
راکیزه ها (میتوکندری) برای مقابله با اثر سمی رادیکال های آزاد، به ترکیبات پاداکسنده وابسته اند.
خوردن میوه ها و سبزیجات در حفظ سلامت بدن نقش دارند.
این موادغذایی دارای پاداکسنده هایی (آنتی اکسیدان) مانند کاروتنوئیدها هستند.
پاداکسنده ها (آنتی اکسیدان ها) در واکنش با رادیکال های آزاد مانع از اثر تخریبی آنها بر مولکول های زیستی و درنتیجه تخریب بافت های بدن می شوند.
تجمع رادیکال های آزاد
مبارزه با رادیکال های آزاد در راکیزه ها همیشه با موفقیت انجام نمی شود.
اگر به هر علت سرعت تشکیل رادیکال های آزاد از سرعت مبارزه با آنها بیشتر باشد، در چنین شرایطی، رادیکال های آزاد در راکیزه تجمع می یابند و آن را تخریب می کنند، در نتیجه، یاخته هم تخریب می شود.
رادیکال های آزاد برای جبران کمبود الکترونی خود به مولکول های سازنده یاخته و اجزای آن، حمله می کنند و باعث تخریب آنها می شوند.
عوامل ایجاد مشکل در مبارزه با رادیکال ها
عوامل فراوانی می توانند، راکیزه را در مبارزه با رادیکال های آزاد با مشکل روبه رو کنند.
مثلاً الکل و انواعی از نقص های ژنی در عملکرد راکیزه در خنثی سازی رادیکال های آزاد مشکل ایجاد می کنند.
اثر الکل
مطالعات نشان می دهد که الکل سرعت تشکیل رادیکال های آزاد از اکسیژن را افزایش می دهد و مانع از عملکرد راکیزه در جهت کاهش آنها می شود.
رادیکال های آزاد با حمله به DNA راکیزه، سبب تخریب راکیزه و در نتیجه مرگ یاخته های کبدی و بافت مردگی (نکروز) کبد می شوند.
به همین علت اختلال در کار کبد و از کار افتادن آن از شایع ترین عوارض نوشیدن مشروبات الکلی است.
نقص ژنی
گاه نقص در ژن های مربوط به پروتئین های زنجیره انتقال الکترون، به ساخته شدن پروتئین های معیوب می انجامد.
راکیزه ای که این پروتئین های معیوب را داشته باشد در مبارزه با رادیکال های آزاد، عملکرد مناسبی ندارد.
توقف انتقال الکترون (مثال: سیانید)
مواد سمّی فراوانی وجود دارند که با مهار یک یا تعدادی از واکنش های تنفس هوازی، سبب توقف تنفس یاخته و مرگ می شوند.
سیانید یکی از این ترکیب هاست که واکنش نهایی مربوط به انتقال الکترون ها بهO2 را مهار و در نتیجه باعث توقف زنجیره انتقال الکترون می شود.
روش های توقف انتقال الکترون توسط مونواکسیدکربن
1- با اتصال به هموگلوبین، مانع از اتصال اکسیژن به آن می شود و چون به آسانی از هموگلوبین جدا نمی شود، ظرفیت حمل اکسیژن در خون را کاهش می دهد.
این عملکرد مونواکسیدکربن، در واقع در انجام تنفس یاخته ای اختلال ایجاد می کند.
2- سبب توقف واکنش مربوط به انتقال الکترو ن ها در زنجیره انتقال الکترون به اکسیژن می شود.
دود خارج شده از خودروها و سیگار، از منابع دیگر تولید مونواکسیدکربن اند.
پایان گفتارسوم فصل5