كيفية توليد الطاقة داخل خلايا جسم الإنسان

2013 آلات الحياة

د.ديفيد س. جودسل

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

خلايا جسم الإنسان كيفية توليد الطاقة داخل خلايا جسم الإنسان البيولوجيا وعلوم الحياة

تقوم الكائنات الحية بحرق الكثير من الطاقة في معركتها المستمرة لكي تبقى حيّة.

والقليل من الأوجه التي يتم فيها إستخدام هذه الطاقة يكون واضحاً: فأجسامنا تستخدم الكثير من الطاقة عند الحركة، كما أننا نحتاج إلى الكثير من الطاقة كيف تبقى أجسامنا دافئة.

إلا أن هناك عمليات أخرى أصغر تحتاج أيضاً إلى الطاقة، فنحن نحتاج الطاقة للتحكم في التفاعلات الكيميائية في خلايانا، بحيث نضمن أن التفاعلات المناسبة فقط هي التي تحدث، وذلك في الوقت الذي تكون فيه حاجة إلى حدوثها.

 

ويوجد بالخلية محركات ومضخات متناهية الصغر في حجم الجزيئات تقوم بإستخدام الطاقة في نقل المواد إلى داخل أو خارج الخلية، بحيث تعمل على تسليم البضائع في وقت مناسب.

كما أن تدفق الطاقة المستمر يسمح للخلايا، وللكائن الحي بأكمله، بأن يقاوم الميل الطبيعي لانخفاض درجة الحرارة، والراحة، وبالتالي التحلل والذي يحدث ببطء ولكن لا محالة من حدوثه.

المصدر الأساسي للطاقة على كوكب الأرض هو الشمس. وبينما تقوم بعض الأنواع البكتيرية الغريبة بإمداد نفسها بالطاقة من خلال تفاعلات غير معتادة لغازات الهيدروجين، أو الكبريت، أو الأمونيا، فإن أغلب الكائنات الحية تعتمد بشكل نهائي على ضوء الشمس للحصول على الطاقة اللازمة لحياتها.

 

تقوم النباتات باصطياد ضوء الشمس، ومن خلال عملية البناء الضوئي يتم إستخدم هذه الطاقة لدمج ثاني اكسيد الكربون والماء لإنتاج جزيئات السكر (شكل 6.3).

ثم يقوم النبات بإستخدم هذه الجزيئات فيما بعد، وفي النهاية يتم إستخدمها أيضاً بواسطة أغلب الحيوانات، والبكتيريا، والفطريّات من أجل الحصول على الطاقة اللازمة لعمليات الخلية العديدة.

 

شكل 6.3 إنزيم النظام الضوئي (Photosystem) وإنزيم الريبيولوزبس فوسفات كاربوكسيليز (Ribulose Bisphosphate Carboxylase): يعمل هذان الأنزيمان البروتينيان إلى جانب مجموعة من البروتينات الأخرى التي تقوم بمساعدتهما على إمداد أغلب الكائنات الحية على سطح الأرض بالغذاء.

حيث يقوم إنزيم النظام الضوئي بامتصاص الضوء مستخدماً في ذلك جزيئات الكلوروفيل الزاهية اللون، ثم يعمل على إستخدام ما يحتويه الضوء من طاقة في جعل الإلكترونيات تتدفق بين الجزيئات.

ويوضح الشكل جزيئات الكلوروفيل وعوامل مساعدة أخرى فقط – ولكن في الطبيعة، فإن هذه الجزيئات تكون محاطة بسلاسل بروتينية.

يحدث التفاعل الرئيسي والذي يتم فيه إستخدام الضوء عند مركز من ثلاث تحت وحدات (مبينة باللون الأخضر الزاهي)، وذلك باستخدام مجموعة متتاعبة من جزيئات الكلوروفيل وتجمعات الحديد والكبريت.

وتعمل جزيئات الكلوروفيل العديدة في هذه الحالة كـ "قرون استشعار" حيث تقوم بتجميع الضوء وتوجيه ما يحتويه من طاقة إلى مركز تحت الوحدات.

وفي النهاية فإنه بعد تحويل هذه الطاقة إلى بضع صور أخرى ، فإن انزيم الريبيولوز بس فوسفات كاربوكسيليز/أوكسيجينز يقوم باستخدامها لبناء جزيئات سكر قابل للهضم من جزيئات ثاني أكسيد الكربون (قوة التكبير: 5 ملايين مرة).

 

يتم الحصول على الكثير من الطاقة في خلايانا من خلال تكسير السكر البسيط المسمى جلوكوز.

حيث يتم فصل ذرات الكربون والهيدروجين من جزيئات الجلوكوز كي تتحد مع الأكسجين لتكون ماء وثاني أكسيد الكربون، وهذا هو السبب في حاجتنا للأكسجين الموجود في الهواء الذي نتنفسه – فبدون أكسجين، لا نستطيع إنتاج الطاقة اللازمة لعمل خلايانا.

 

ويُعد الجمع بين الجلوكوز والأكسجين عملية قوية جداً لتوليد الطاقة. وهي عملية مألوفة بالنسبة لنا لأن هناك تفاعلاً مشابهاً يحدث عندما نقوم بحرق الخشب، والذي يتكون بصفة أساسية من سلاسل طويلة من سكريات مثل الجلوكوز.

إلا أن خلايانا لا يمكنها أن تقوم ببساطة بحرق الغذاء كما لو كانت موقداً: ففي هذه الحالة سوف تنطلق الطاقة الناتجة في صورة وابلٍ من الحرارة لا يمكن الإحتفاظ به أو إستخدامه.

وبدلاً من ذلك ، فإن الخلية تتخذ نهجاً أقل مباشرة، حيث تقوم الخلايا بتدبير احتياجاتها من الطاقة في صورة حصص صغيرة، حيث تقوم بتكسير جزيئات الجلوكوز من خلال العديد من الخطوات المتتالية، والتي يكون كل منها تحت تحكمٍ تامٍ ويحدث فيها تغيرات محدودة في مستوى الطاقة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]