التنفس والتخمر

التنفس والتخمر

الخمائر:
أحياء نباتيةمجهرية لا تحوي المادة الكلوروفية وهي [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] فصيلة الفطريات وتمثل خميرة الخبز نوعاًمن الفطريات تصنف إلى السكرومايزس ولها القابلية على مقاومة التحلل الكيماوي وسرعةالانتشار بالماء والبقاء لفترة معقولة دون تلفها في الظروف الاعتيادية خاصة عندماتكون جافة وتعمل على تخمر العجين وتتكاثر بطريقة الانقسام.
إن فكرة إنتاج خميرةالخبز تعتمد على توفير أحسن الظروف الملائمة لفسح المجال للخمائر بالتكاثر وذلكبإعطاء المواد الغذائية الأساسية وتوفير الحرارة والحامضية والتهوية الضروريةلتغذية الخمائر وتكاثرها ونوجز أدناه نبذة مختصرة عن العوامل التي تؤثر في سرعة نموالخمائر وهي:
1-الموادالغذائية
وتمثل المركبات العضوية والأملاح اللازمة لتوفير العناصرالضرورية لتغذية الخمائر وهي:
آ-عنصر الكربون ومصدره السكريات الأحاديةوالثنائية، والمواد غير السكرية العضوية كالأحماض الأمينية وكذلك المواد العضويةالموجودة في المولاس.
ب-عنصر النيتروجين ومصدره الأمونيا وكبريتات الأمونيوموفوسفات الأمونيوم والبروتينات الذائبة كالببتايد والببتون الموجودة في مولاسالشمندر ويمكن الحصول على أكبر كمية من الخميرة بتقليل كمية السكر واستعمال مركباتالنيتروجين بكميات أكبر وضمن حدود خاصة.
ج-عنصر الفوسفور ومصدره فوسفات ثنائيةالأمونيوم أحادية الهيدروجين وهو عنصر أساسي في تركيب الخمائر وبدونه لا يمكنالحصول على الخميرة بالكميات المطلوبة.
د-المغنسيوم ويساعد في زيادة كمياتالخميرة ويضاف إلى أحواض التخمر بشكل كبريتات المغنسيوم.
ولقد دلت التجاربالعلمية على أن لوجود بعض الفيتامينات تأثيراً كبيراً علىإنتاج الخميرة وهي:
2-درجة الحرارة
للحرارة تأثير كبير على سرعةتكاثر الخمائر فقد دلت التجارب العلمية على أن أحسن الظروف الحرارية الملائمةلعملية التخمير هي أن تبدأ العملية بدرجة حرارة 25-26مْ.
3-درجة الـ Ph
يجب السيطرة على درجة الـ Ph للمحلول داخلالمفاعلات وجعله من 4 إلى 4.5 علماً بأن كمية الخميرة الناتجة تتأثر كثيراً بتغيرالحامضية، هذا ويصبح لون الخميرة الناتجة غامقاً إذا انخفضت درجة Ph المحلول عن 3.
4-التهوية
يمرر الهواء أثناء عملية التخميرومن القسم السفلي ويكون بشكل فقاعات صغيرة ومنتشرة وللأوكسجين تأثير كبير على سرعةالتخمير للإسراع في عملية التنفس ويحتاج التفاعل من 25- 30 م3 من الهواء لإنتاجكيلو غرام واحد من الخميرة الطرية. وتقدر كمية المولاس اللازمة لإنتاج طن واحد منالخميرة الجافة بـ 4.5 طن

أثبتت الأبحاث تشابة عملية التنفس في جميع الكائنات الحية. ويقسم التنفس [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] نوعين [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] التنفس اللاهوائي في غياب الأوكسجين والتنفس الهوائي .
التنفس الهوائى
وتقسم الخطوات التي يمر بها نوعي التنفس الي مرحلتين رئيستين هما :-
1) الجلكزه Glycolysis وفيها تتحول السكريات السداسية (الهكسوزات) الي حامض البيروفيك Pyruvic acid [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] تتم هذة المرحلة في كلا من التنفس الهوائي واللاهوائي . على أن هذة المرحلة غير هوائية .
2) المرحلة الثانية يتحول حامض البيروفيك الي :
كحول ايثايل وثاني اكسيد الكربون كما فيط الخميرة ويطلق علي هذة العملية عملية التخمر وتتم في غياب الأوكسجين
يتحولط حمض البيروفيك الى حمض اللاكتيك كما في عضلات الحيوان
يتحول حمض البيروفيكط الى ثاني اكسيد الكربون والماء وذلك في وجود الأوكسجين وفي جميع الاحوال تنفرد الطاقة.


أ‌- التخمر : Fermentation
كثير من الكائنات الدقيقة كذلك بعض النباتات الراقية تستطيع تفتيت السكريات
في غياب الأوكسجين وتستعمل الطاقة الناتجة في هذة الحالة في نمو تلك
الكائنات. أبسط صور التخمر هو التخمر اللاكتيكي Lactic fermentation
حيث يتحول حمض البيروفيك الى حمض لاكتيك . ولا يعرف هذا النوع من التخمر
في النباتات الراقية ولكنة منتشر في الكائنات الدقيقة وتستطيع كثير من
انسجة النباتات الراقية بعملية التخمر الكحولي alcoholic fermentation و فية يتحول البيروفات الي استيالدهيد و ينفرد CO2 بتأثير انزيم Carboxylase ثم يختزل الاستيالدهيد الى كحول ايثانول في وجود انزيم Alcoholdehyrogenase

العوامل المؤثرة علي معدل التنفس :
1- الاكسجين :
من الواضح ان نقص الأكسجين بالجو المحيط بالنباتات التي تتنفس عادة تنفسا
هوائيا يكون لة تأثيرات ضارة بهذة النباتات ويختلف مدي الضرر باختلاف نوع
النبات أو النسيج وعمره ومدة التعرض لهذة الظروف اللاهوائية ويرجع حدوث هذه
الأضرار الى العديد من العوامل ومنها نقص الطاقة المتحصل عليها عن طريق
التنفس اللاهوائي وتراكم بعض النواتج الضارة أو السامة بالكائن الحي .
وعموما لا يعتبر الأكسجين عاملا محددا للتنفس تحت الظروف الطبيعية حيث ان
تركيزه بالجو يعتبر كافيا جدا للتنفس الهوائي ويعتبر ثابتا الى حد ما . اما
الأجزاء النباتية بالتربة أو كائنات التربة فقد تتأثر نتيجة لقلة
الأكسجين اذا كانت التربة سيئة التهوية لثقلها او لغمرها بالماء .
2- الحرارة :
تعتبر تأثيرات الحرارة علي معدل التنفس راجعه للعديد من العوامل المتداخلة
وعموما يمكن القول ان زيادة الحرارة يزيد من سرعة عملية التنفس بدرجة
ملحوظة . ولابد من الأخذ في الاعتبار أن النباتات بل الأعضاء تختلف فيما
بينها في استجاباتها للحرارة ولكن لوحظ ان أغلب الأنسجة النباتية تزيد سرعة
تنفسها عند زيادة درجة الحرارة عن 35 درجة مئوية . ويظل هذا التأثير لمده
معينة فقط حيث ان الاستمرار يعرض النبات لتأثيرات عكسية ضارة وغالبا يرجع
لابطاء أو ابطال عمل الانزيمات وبقية المكونات البروتينية بالسيتوبلازم
وقد يكون استمرار الحرارة المرتفعة سببا في تراكم بعض نواتج التفاعل مثل
غاز ثاني اكسيد الكربون وقد يزداد تركيزه الى المعدل الضار أو السام
بالخلايا الحية نتيجة لسرعة عملية التنفس . وعند درجات الحرارة المنخفضة
فأنة من المتوقع ان يزداد تركيز ك أ2 الناتج من التنفس وهو ما يؤدي الي
أبطاء تفاعلات انتاج ك أ2 decarboxyaltion
3- تركيز ثاني اكسيد الكربون :
بزيادة تركيز ك أ2 بالخلايا يقل أو يبطل عمل الانزيمات الخاصة بنزع جزيئات ك أ2 من المركبات الكربوهيدراتية وغيرها decarboxylases وذلك طبقا لقانون نقل الكتلة Moss action
كذلك فأن زيادة تركيز ك أ2 يؤدي الى ارتفاع الحموضة بالعصير الخلوي
وبسيتوبلازم الخلية مما له ابلغ الاثر على تراكم و نوع التفاعلات الانزيمية
المختلفة وسرعة اتمامها . ولكن نظرا لثبوت تركيز ثاني اكسيد الكربون
نسبيا في الهواء فان تأثيرة السام يتركز اساسا على الأجزاء الارضية من
النبات وكذلك الكائنات الحية الدقيقة حيث أنة بالأرض سيئة التهوية يزداد
تركيزه ويقل الأكسجين مما يبطئ عمل الجذور في الامتصاص النشط للعناصر
الغذائية .
4- العناصر الغذائية :
لوحظ من التفاعلات السابق ذكرها بالنسبة للتنفس اللاهوائي والهوائي أن أغلب
الانزيمات المتحكمه فى هذه التفاعلات يلزم لها مساعدات انزيمية من بعض
العناصر المعدنية مثل Mn ، Mg، Cl ، Fe[size=21]
وغيرها . فالمغنسيوم يلزم لتفاعلات الفسفرة وتفاعل نزع ك أ2 في حيث
البوتاسيوم يعمل كمساعد انزيمي في تفاعل انتاج حمض البيروفيك في حين ان
الحديد يقوم بنفس العمل في تفاعل تحول حمض الستريك الى الايزوستريك في
التنفس الهوائي بل ويقوم المنجنيز كعامل مساعد للانزيم المتحكم في انتاج
حمض الاوكسال سكسينيك
5- الضوء :
يعتبر الضوء من العوامل المؤثرة تأثيرا مباشرا أو غير مباشر علي التنفس
فالضوء يزيد من حرارة الانسجة مما يؤدي الى زيادة عملية التنفس كما وان
ارتفاع الكثافة الضوئية يشجع عملية البناء الضوئي وبالتالي تزداد تركيزات
السكريات الناتجة واللازمة كمادة تفاعل لعلملية التنفس .
6- درجة تبلل الانسجة :
كلما ارتفعت درجة رطوبة الأنسجة كلما ارتفع معدل التنفس عادة يرجع ذلك
اساسا لزيادة احتياج الانزيمات الى محتويات مائية مرتفعة وقد لوحظ أنة كلما
قل المحتوي المائي يقل معدل التنفس كما في البذور الجافة . كذلك فأن قلة
الرطوبة تؤثر على درجة نفاذية الأغشية البلازمية للغازات وبالتالي فان نقص
الأكسجين سيكون عاملا محددا في حين ان زيادة ثانى أكسيد الكربن سيصبح
عاملا ضارآو معيقا لعملية التنفس.

التنفس في النبات
· يمتص النبات الطاقة الضوئية [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
الشمس ويحولها إلى طاقة كيميائية في عملية البناء الضوئى تخزن في صورة
جزيئات عضوية معقدة غنية بالطاقة · (التنفس في النبات ) ويقوم النبات
بتحرير هذه الطاقة ليؤدى وظائفه الحيوية في سلسلة من الخطوات لتفاعلات
تتضمن تكسير روابط الكربون في المادة العضوية · تنفس هوائى عن طريق
الأكسدة ( في وجود الأكسجين بصفة أساسية ) · تنفس لاهوائى في غياب الأكسجين التنفس الهوائى في النبات
· تتنفس غالبية النباتات تنفس هوائى أى أن خلاياها تحتاج الأكسجين لتحرير الطاقة من المادة الغذائية العضوية
· كل خلية حية في النباتات تكون على اتصال بالبيئة الخارجية مما يسهل كثيراً من إنجاز عملية تبادل الغازات في التنفس
· أى أن غاز الأكسجين ينتشر داخل الخلية بينما ينتشر غاز CO2 خارج الخلية
طرق دخول الأكسجين
في النباتات الوعائية معقدة البناء يصل الأكسجين إلى الخلايا بطرق مختلفة
1- فعند فتح ثغور الأوراق يدخل الهواء إلى الغرف الهوائية ومنها إلى الغرف الهوائية ومنها إلى المسافات البينية
2-أو يذوب مع ماء التربة خلال ممرات اللحاء ويصل إلى أنسجة الساق والجذر
3- خلال [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] الساق أو أية تشققات في القلف
4- الأكسجين الناتج من عملية [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
طرق خروج غاز CO2
1-في النباتات البسيطة ينتشر مباشرة من خلال الخلايا المعرضة للهواء أو التربة
2- في النباتات الراقية ( الخلايا في عمق النبات ) تمرر غاز CO2الى الثغر
فالجو الخارجى وجزء من غاز CO2 الناتج من التنفس يستخدم في البناء الضوئى
· أى أن تبادل الغازات (التنفس) يتم بطريقة مباشرة لأن أغلب الأنسجة
الحية تكون على اتصال مباشر بالبيئة الخارجية وبانتشار الغازات من والى
خلايا العمق وبكمية محدودة عن طريق الخشب واللحاء.


تجربة لإيضاح [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] خلال التنفس الهوائى[size=21]

(أ)الأجزاء الغير خضراء (البذور) 1- نضع محلول هيدروكسيد البوتاسيوم في
كأس وندخل بذور جافة في معوجة ونغمر طرف ساقها في محلول KOH 2- نضع محلول
ملح طعام في كأس أخرى وندخل بذور منقوعة في الماء (نابتة) في معوجة أخرى
ونغمر طرفها في محلول ملح الطعام NaCl في الكأس
3- نضع محلول هيدروكسيد البوتاسيوم
KOH في كأس ثالثة ونضع بذور
منقوعة في الماء(نابتة) في معوجة ثالثة ونغمر طرف المعوجة في محلول KOH ونتركهما فترة من الوقت
المشاهدة :- لا يحدث تغير في الأنبوبتين 1و2 . أما في الأنبوبة 3 يرتفع محلول KOH في ساق المعوجة
النتيجة :- (الاستنتاج)
في [1]البذور الجافة لا تتنفس بنشاط فلا يحدث تغير في هذه الظروف
في [2]البذور نابتة وهى في حالة نمو وإنبات يتطلب أن تتنفس بنشاط لتحصل
على ما يلزمها من طاقة - فتمتص الأكسجين من الهواء المحيط وينطلق [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] مقداره مساو للأكسجين الممتص بدليل عدم ظهور أي تغير في حجم الهواء داخل المعوجة [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] CO2لا يذوب في محلول ملح الطعام (أى أن مكونات هواء المعوجة تغيرت ولكن حجمة ثابت )
في[3]البذور النابتة ينشط تنفسها وينطلق غاز CO2 بمقدار مساو للأكسجين
ولأن CO2 يذوب في محلول KOH لذلك يندفع محلول KOH في ساق المعوجة
- أى ينطلق غاز ثانى أكسيد الكربون ( CO2 ) من عملية التنفس [في البذور ] غير الخضراء
وبمقارنة الحالات الثلاث نستنتج أن :-
1- البذور الجافة لا ينشط تنفسها
2- البذور النابتة نشطة التنفس ويبقى حجم الهواء ثابتاً لأن CO2 الناتج = حجم O2 الممتص
3- تنفس البذور النابتة (أجزاء غير خضراء) ينطلق منها CO2


المواد الغذائية تحتاج [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
وضعية معينة لاطلاق الطاقة الكامنة فيها تماما مثل وضع الوقود في السيارة
يحتاج للاحتراق لاطلاق الطاقة الكيميائية (الكامنة فية) فى صورة طاقة
حرارية ثم تحويلها الى طاقة حركية (او حسب الاحتياجات الاخرى) المهم
اطلاقها او تحريرها اولا.
و المقصود ان التنفس سواء فى الانسان او الحيوان او النبات هو عملية اطلاق او تحرير الطاقةمن المواد الغذائية.
اذن وظيفة التنفس الوحيدة هى تحرير الطاقة الكامنة فى المواد الغذائية
لاستخدامها من قبل الكائن الحى(نبات او حيوان) فى مختلف انشطتة
التنفس فى النباتات
انزيمات
مواد غذائية(جلوكوز عادة) + اكسيجين__________> ثانى اكسيد كربون +ماء + طاقةحرارية
وهنا يتم استخدام الاكسيجين(في خطوات معقدة) لأكسدة سكر الجلوكوز وتحرير
الطاقةمنةفهو السكرالاساسى فى التنفس ( واحيانا يسمى سكر التنفس ...فهو
موجود بالفعل فى كل الخلايا الحية على العموم حيوانية كانت او نباتية..)و
سواء كانت المادة الغذائية نشا(كربوهيدرات )او دهنية( ليبيدات)او حتى
بروتينية لابد ان تنتهى عند الجلوكوز ويتم اكسدتة واطلاق الطاقة منة (تماما
كما فى الانسان..مثلا لاقدر اللة عند الدخول للمستشفى فى حالة اعياء يتم
تعليق الجلوكوز فورا و ادخالة للدم مباشرة وليس عن طريق الفم فهو سكر بسيط
سهل الامتصاص والانتقال..كذلك فهو السكر الشائع الانتقال فى النباتات)
ففى هذا التفاعل تتحرر الطاقة الكامنة فى الغذاء و تتحول الى(طاقةحراريةثم
اشكال متنوعة من الطاقة اللازمة لحياة جميع النباتات الراقية للقيام
بمختلف الوظائف....اى ان الطاقة اللازمة للحياة عامة تتوافر خلال هذة
العملية.
و المواد المستخدمة فى التنفس على الترتيب هى
1- المواد الكربوهيدراتية(خاصة النشا التى تتحول للجلوكوز) وهى المادة
الاساسية للتخزين فى معظم النباتات...(بالطبع لها استعملات اخرى) .
2_ الليبيدات(مانسميها بالعامية الدهون) وهى ذات قيمة عالية فى الطاقة
اكبر من الكربوهيدرات وبالطبع لها استعملات اخرى.
3- البروتينات(قليلا ماتستخدم فى التنفس)..وهى اقل فى محتوى الطاقة
من الكربوهيدرات ولها استعملات اخرى.
و على ذلك يعتبر تفاعل البنا ء الضوئى (تثبيت الطاقةالضوئية في ا لغذاء)...
...واطلاقها من الغذاء فى تفاعل التنفس هم بحق اهم تفاعلين عرفتهم البشرية
منذ بد ء الخليقة على الارض ولايمكن بدونهما ان يعيش كائن حى...ولولاهما
ماتكون الالماس ولا طبقات الفحم ولا ابار البترول و لانمت
الغابات ..و لاعرف الانسان الصناعات الكبرى العملاقة الحيوانية والنباتية
.... وقدر علماء النبات ان 90% من سكان الارض يعملون فى انتاج وتنظيم و
تسويق الانواع المتباينة من منتجات النبات والحيوان والتى يرجع الفضل فيهم
الى هذين التفاعلين .
لاحظ اخى القارىء اننا بدأنا بالضو ء (الطاقة الضوئية) ثم وصلنا لمختلف انواع
الطاقة اللازمة لكافة الكائنات الحية على الارض والتى بدونها لاتوجد الحياة