00:00:00
مرحبَا، أنا في النادي الرياضي. لا أدري لم أنتم
هنا، أما أنا فأريد ممارسة بعض تمارين الضغط.
00:00:06
تعالوا شاركوني على الأرض إن أردتم.
00:00:08
لست أفعل هذا لأستعرض قدراتي
وأفتل عضلاتي، بل من أجل العلم.
00:00:14
هل رأيتم ما حدث؟
00:00:16
تحرك ذراعاي وكتفاي، وكذلك عضلات ظهري ومعدتي
وضخ قلبي الدم لمختلف أنحاء جسمي.
00:00:21
أليس هذا رائعَا؟
00:00:23
إن إنتاجنا واستهلاكنا للطاقة
يشبه الرياضة وأنواع التمارين المختلفة.
00:00:28
قد يكون العمل صعبَا ومعقدَا قليلَا،
لكن إن أجدتموه، فقد يعود عليكم
00:00:32
بنتائج مذهلة.
00:00:33
لكن على خلاف ضرب كرة بمضرب،
فإن هذه العملية معقدة ورائعة جدَا
00:00:37
لدرجة أننا ما زلنا نحاول فك غموضها.
00:00:40
وهي تبدأ بجزيء عظيم هو أحد أعز أصدقائكم:
ثُلاثِيُ فُسْفاتِ الأَدينُوزين أو ATP.
00:00:54
سأتحدث اليوم عن الطاقة والعملية التي تحدث
في خلايانا والخلايا الحيوانية الأخرى
00:00:59
لإنتاج الطاقة التي تغذيها.
00:01:01
التنفس الخلوي هو العملية التي نستخلص بها
الطاقة من الطعام الذي نأكله، وبالأخص الغلوكوز
00:01:06
حيث أن معظم ما نأكله
يتحول لغلوكوز في النهاية.
00:01:09
الصيغة الكيميائية التي تمثل
جزيء غلوكوز هي C6H12O6.
00:01:13
حتى يتحول جزيء الغلوكوز إلى طاقة، فإن علينا
إضافة أكسجين له، ستة جزيئات أكسجين تحديدَا.
00:01:18
عن طريق التنفس الخلوي،
سيتحول الغلوكوز والأكسجين لستة جزيئات
00:01:22
من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء
وبعض الطاقة التي سنستخدمها في تمارين الضغط.
00:01:29
كل هذا جميل. لكن انتبهوا،
فنحن لا نستطيع استخدام تلك الطاقة
00:01:33
للعدو في ماراثون،
فعلى أجسامنا أن تحول تلك الطاقة
00:01:37
إلى شكل محدد من أشكال الطاقة المخزنة
يُدعى ATP أو ثلاثي فوسفات الأدينوزين.
00:01:43
وقد سمعتموني أتحدث عنه قبلَا.
يُعتبر ATP "عُملة" الطاقة الحيوية.
00:01:48
اعتبره دولارَا أمريكيَا تحتاجه للتجارة
في الولايات المتحدة الأمريكية.
00:01:53
لا يمكنك دخول متجر أمريكي
بعملات ين صيني أو روبيات هندية
00:01:58
ومحاولة شراء أي شيء بها،
حتى ولو كانت نقودَا.
00:02:03
هذا ينطبق أيضَا على الطاقة،
فكي نستخدمها، يجب أن تحول خلايانا الطاقة
00:02:07
إلى ثلاثي فوسفات الأدينوزين كي تنمو وتتحرك
وترسل نبضات كهربائية في أعصابنا وأدمغتنا
00:02:12
وكل شيء. قبل فترة تحدثنا
عن استخدام الخلايا الـ ATP
00:02:17
لنقل مواد معينة من وإلى أغشيتها،
وإن أردتم إنعاشَا لذاكرتكم
00:02:22
فشاهدوا الحلقة هنا.
00:02:23
قبل أن نرى كيف يُصنع الـ ATP
دعونا نر كيف تستغل خلايانا
00:02:29
الطاقة المخزنة فيه.
00:02:30
إن الثلاثي فوسفات الأدينوزين
يتكون من قاعدة نتروجينية اسمها أدينين
00:02:35
وسكر اسمه رايبوز
وثلاث مجموعات فوسفاتية ترتبط به.
00:02:39
ما يجب أن تعرفوه عن هذه المجموعات
الفوسفاتية الثلاثة هي أنها تتضايق
00:02:43
من جلوسها معَا في صف هكذا، كأنها ثلاثة أطفال
في الحافلة يكرهون بعضهم البعض
00:02:48
ويجلسون على المقعد نفسه.
00:02:50
لذا، ولأن المجموعات الفوسفاتية
تكره بعضها بعضَا،
00:02:54
يمكن لجزيء الـ ATP أن يؤدي حيلة ماكرة
حيث يطرد المجموعة الجالسة على الطرف
00:02:57
فيتشكل جزيء ADP
أو أدينوزين ثنائي الفوسفات، إذ إن طفلين فقط
00:03:03
يجلسان على المقعد الآن. في هذا التفاعل، عندما
يُطرد الطفل المشاغب الثالث، تنبعث الطاقة.
00:03:08
وحيث إن جزيئات ماء كثيرة تطفو حوله
يأتي أيون OH ويسمى أيضَا بالهيدروكسيد
00:03:12
من جزيء ماء، ويحل محل
المجموعة الفوسفاتية الثالثة
00:03:16
وهكذا يصبح الجميع سعداء.
00:03:19
بالمناسبة، عندما يُستخدم الماء لتحطيم
مركب كهذا، تدعى العملية بالتحلل المائي.
00:03:23
أو هايدروليسيس، "هايدرو" من ماء،
و"ليسيس" من الكلمة اليونانية التي تعني "فصل".
00:03:26
الآن وقد عرفتم كيف يُصرف الـ ATP
دعونا نتعرف إلى كيفية صنعه
00:03:31
بالتنفس الخلوي.
00:03:33
كما قلت، تبدأ العملية بالأكسجين والغلوكوز.
حتى أن الكتب العلمية
00:03:38
تقول إنه عبر التنفس الخلوي،
يمكن لجزيء واحد من الغلوكوز
00:03:43
إنتاج الحرارة و38 جزيئَا من الـ ATP
يجدر التنويه لأن هذا الرقم يمثل أفضل الحالات.
00:03:48
ففي العادة، ينتج حوالي 29-30 جزيء ATP
لكن لا يهم، فما زال الأمر قيد الدراسة،
00:03:53
لذا فلنعتمد تقدير الـ38 جزيئَا.
00:03:55
لا يحدث التنفس الخلوي فجأة، فإن الغلوكوز
يتحول لـ ATP عبر ثلاثة مراحل منفصلة:
00:03:59
تحليل الغلوكوز، وحلقة كريبس
وسلسة النقل الإلكتروني.
00:04:05
اعتمد الناس قول إن هذه المراحل تحدث بالتتابع
00:04:10
لكنها جميعَا تحدث في الوقت نفسه
في الخلية في واقع الأمر.
00:04:13
دعونا نبدأ بالمرحلة الأولى،
وهي تحلل السكر أو الغلوكوز.
00:04:18
الغلوكوز سكر، وتعرفون ذلك
من انتهاء الكلمة بـ"وز".
00:04:23
وتحلل الغلوكوز هو تحطم جزيء الغلوكوز
سداسي الكربونات إلى جزيئين ثلاثيي الكربون
00:04:28
يسمى الواحد منها حمض بيروفيك
أو جزيء بيروفات.
00:04:31
كي نشرح عملية تحلل الغلوكوز بالتفصيل،
فإننا نحتاج لساعة كاملة
00:04:36
ومجموعة ضخمة من الدمى كل منها يمثل إنزيمَا،
00:04:41
وسأضطر لاستخدام كلمة مثل
فوسفوغلوكوايسوميرايز، مع أن ذلك يحزنني.
00:04:44
لكن الشرح الأبسط من ذلك هو:
إن أردت جني المال، فعليك إنفاق المال.
00:04:51
تحتاج عملية تحليل الغلوكوز
لاستثمار مقداره جزيئان من ATP
00:04:56
كي ينتج في النهاية أربعة جزيئات ATP
فيكون صافي الربح جزيئا ATP.
00:05:00
بالإضافة لهذه الجزيئات الأربعة من ATP
فإن عملية تحليل الغلوكوز تنتج جزيئي بيروفات
00:05:07
وجزيئين غنيين جدَا بالطاقة اسمهما NADH
وهما مثل نوع من فيتامين B اسمه NAD+
00:05:13
متحد مع إلكترونات مثارة وذرة هيدروجين
لإنتاج مخازن للطاقة يُلجأ إليها لاحقَا
00:05:19
لإنتاج ATP.
00:05:21
كي نتذكر كل ما ينتج لدينا من جزيئات مذهلة،
دعونا نسجل النتائج.
00:05:25
حتى الآن أنتجنا جزيئي
ATP وجزيئي NADH
00:05:31
سيستخدمان لاحقَا لتعزيز إنتاج الـ ATP.
00:05:33
دعوني أخبركم شيئَا عن الأكسجين. كما قلت،
فإن الأكسجين ضروري لعملية التنفس الخلوي عامة.
00:05:38
لكن ليس في جميع مراحلها،
إذ يمكن أن يحدث تحليل الغلوكوز دون أكسجين
00:05:43
ما يجعله عملية لاهوائية.
00:05:46
بغياب الأكسجين، فإن البيروفات الناتجة
عن تحلل الغلوكوز يعاد توجيهها
00:05:51
عبر عملية تسمى التخمير. إن خلت الخلية من
الأكسجين، فإنها تحتاج لمزيد من NAD+
00:05:56
لإكمال عملية تحليل الغلوكوز،
إذن فإن التخمير يحرر جزيئات NAD+
00:06:01
ونتائج ذلك الثانوية مثيرة للاهتمام.
00:06:03
فمثلَا، في بعض الكائنات، ولنقل الخميرة،
ينتج عن التخمير كحول الإيثيل
00:06:09
وهو الكحول نفسه في المشروبات الروحية.
لكن من حسن حظنا وحظ إنتاجيتنا اليومية
00:06:15
فإن عضلاتنا لا تصنّع الكحول
كلما افتقرت للاكسجين،
00:06:19
وإلا لكُنا سكرنا كلما لعبنا الرياضة.
ولكن هيهات، فإنه وبدلَا من كحول الإيثيل،
00:06:24
فإن عضلاتنا تصنع حمض اللاكتيك
الذي يجعلك تشعر بالألم في عضلاتك
00:06:30
بعد التمارين القاسية.
00:06:31
إذن فقد استخدمت عضلاتك الأكسجين الذي كان
لديها، وأصبح عليها إجراء تنفس خلوي لا هوائي
00:06:35
كي تنتج الطاقة التي تحتاجها،
00:06:40
وهكذا يتجمع حمض اللاكتيك في نسيجك العضلي.
00:06:45
فلنعد للنتيجة. أنتجنا الآن جزيئي ATP
عن طريق تحليل الغلوكوز،
00:06:52
لكن خلاياك تحتاج للأكسجين
كي تنتج الثلاثين جزيئَا من الطاقة التي تحتاج.
00:06:56
وذلك لأن المرحلتين القادمتين للتنفس الخلوي،
وهما حلقة كريبس وسلسلة النقل الإلكتروني،
00:07:01
هما عمليتان هوائيتان،
أي أنهما تحتاجان للأكسجين.
00:07:06
وصلنا إذن للمرحلة الثانية
من التنفس الخلوي بعد تحليل الغلوكوز:
00:07:12
حلقة كريبس.
00:07:13
يحدث تحليل الغلوكوز في السايتوبلازم،
وهو الوسط السائل داخل الخلايا
00:07:17
حيث توجد العضيات جميعها. أما حلقة كريبس
فتحدث على الغشاء الداخلي للمايتوكوندريا
00:07:23
التي تعتبر بشكل عام مراكز طاقة الخلية.
تدخل نتائج تحليل الغلوكوز حلقة كريبس
00:07:27
وهي البيروفات الغنية بالكربون،
ويُنتج منها جزيئا ATP آخران،
00:07:33
بالإضافة لبعض الطاقة بأشكال أخرى
سأتحدث عنها بعد قليل، وإليكم الكيفية.
00:07:38
أولَا، تتم أكسدة أحد البيروفات،
أي يرتبط أنه بالأكسجين.
00:07:43
ثم يرتبط أحد كربونات السلسلة الثلاثة
بجزيء أكسجين ويغادر الخلية
00:07:47
على شكل ثاني أكسيد الكربون. يتبقى مركب ثنائي
الكربون يسمى أسيتيل كوإنزيم أ، أو أسيتيل كو أ
00:07:53
بعدها، يأتي جزيء آخر من الـ NAD+
ويرتبط بذرة هيدروجين ليصبح NADH.
00:07:59
إذن فإن جزيئي البيروفات
يشكلان جزيئي NADH للاستخدام لاحقَا.
00:08:03
كما في تحليل الغلوكوز، وفي الحياة ككل،
فإن الإنزيمات تؤدي دورَا جوهريَا
00:08:09
وهي بروتينات تجمع الأشياء وتمكنها من التفاعل،
وتفعل ذلك بالطريقة الصحيحة.
00:08:13
تجمع هذه الإنزيمات مثلَا فوسفات مع ADP
لصنع جزيء ATP لكل جزيء بيروفات.
00:08:19
كما أنها تجمع الأسيتيل كوإنزيم أ
بجزيء رباعي الكربونات
00:08:25
اسمه حمض الأوكسالوأسيتيك.
00:08:27
أظنه يُلفظ هكذا.
00:08:30
يشكلان معَا جزيئَا سداسي الكربونات
اسمه حمض الستريك، وأنا متأكد من لفظه
00:08:35
لأنه ما يوجد بعصير البرتقال.
00:08:44
حقيقة مسلية: تُعرف حلقة كريبس أيضَا
بحلقة حمض الستريك بسبب هذا المنتج الثانوي.
00:08:48
لكن غالبَا ما يشار إليها
باسم العالم الذي اكتشفها، هانس كريبس.
00:08:55
وهو جراح أنف وأذن وحنجرة هرب من ألمانيا
النازية ليدرّس الكيمياء الحيوية في كامبريدج،
00:09:01
وهناك اكتشف هذه الحلقة المعقدة جدَا عام 1937.
00:09:07
ولعبقريته المذهلة،
فقد تسلم جائزة نوبل في الطب عام 1953.
00:09:11
إذن، يتأكسد حمض الستريك بعدها
بمجموعة من الخطوات المعقدة
00:09:17
حيث تتحرر ذرات كربون هنا وهناك،
ويعود الحمض في النهاية إلى أوكسالوأسيتيك
00:09:22
ما يجعل حلقة كريبس حلقة.
وعندما تُنتزع ذرات الكربون من حمض الستريك
00:09:28
تنتج بقايا على شكل ثاني أكسيد الكربون،
الذي يخرج عبر الزفير من الخلايا وبالتالي منك.
00:09:34
أنا وأنت، طالما بقينا أناسَا،
فإننا نزفر منتجات حلقة كريبس كل لحظة.
00:09:41
أحسنّا صنعَا.
00:09:44
بالمناسبة، إعدادي لهذا الفيديو
يتطلب كثيرَا من جزيئات الـ ATP.
00:09:49
كل مرة تنطلق فيها ذرة كربون من حمض الستريك،
تُنتج الطاقة، لكن ليس على شكل ATP
00:09:54
بل تخزن في جزيء مختلف تمامَا.
00:09:59
وهنا نعود إلى NAD+ وزميله FAD.
00:10:04
هما إنزيمان ودودان مشتقان من فيتامين ب
00:10:09
من النياسين والريبوفلافين،
وربما رأيتم هذين الفيتامينين في المتاجر.
00:10:13
هذان النوعان من فيتامين B جيدان للحفاظ
على الإلكترونات عالية الطاقة وتخزين طاقتها
00:10:18
حتى يمكن تحريرها لاحقَا في سلسلة النقل
الإلكتروني. من شدة احتفاظها بالطاقة،
00:10:22
فهما يوجدان بكثير من مساحيق الفيتامينات عالية
الطاقة التي يستهلكها الفتيان والفتيات اليوم.
00:10:27
تشبه جزيئات NAD+s و FADs
بطاريات ضخمة جدَا تلتقط الهيدروجين
00:10:32
والإلكترونات المثارة من البيروفات،
الأمر الذي يؤدي لزيادة طاقتها.
00:10:37
وإضافة الهيدروجين تحولهما
إلى NADH و FADH2 بالترتيب.
00:10:40
ينتج كل جزيء بيروفات ثلاثة جزيئات NADH
وجزيء FADH2 في الحلقة الواحدة
00:10:49
وبما أن الغلوكوز تهدم وأصبح جزيئي بيروفات،
فإن كل جزي غلوكوز ينتج ستة جزئيات NADH
00:10:56
وجزيئي FADH2. هدف حلقة كريبس الرئيسي
هو إنتاج هذين الجزيئين الغنيين بالطاقة
00:11:02
لأجل المرحلة الأخيرة،
وهي سلسلة النقل الإلكتروني.
00:11:04
وهنا تقولون: "بحق البيروفات يا هانك!
00:11:09
ألا يفترض بنا بناء جزيئات ATP؟
هيا يا بطل! لم التأخير؟"
00:11:12
قد أثمر صبركم يا أصدقائي،
لأنه فيما يتعلق بإنتاج ATP
00:11:17
فإن سلسلة النقل الإلكتروني هي المدرة الحقيقية
له. ففي خلية شديدة الفاعلية، يمكنها إنتاج
00:11:22
34 جزيء ATP لذيذَا.
00:11:23
أتذكرون جزيئات NADHs و FADH2
التي نتجت عن حلقة كريبس؟
00:11:29
إن إلكتروناتها ستزود بالطاقة اللازمة
ستعمل كمضخة لسلسلة من البروتينات الناقلة
00:11:34
على الغشاء الداخلي للمايتوكوندريا
حيث حدثت حلقة كريبس.
00:11:39
ستتبادل هذه البروتينات الإلكترونات لإرسال
بروتونات هيدروجين من داخل مركز المايتوكوندريا
00:11:44
وعبر غشائها الداخلي
إلى المكون الخارجي للمايتوكوندريا.
00:11:47
لكن ما إن تخرج البروتونات حتى تريد العودة
للجانب الآخر للغشاء الداخلي
00:11:52
وذلك لكثرة البروتونات في الخارج، وكما تعلمنا،
00:11:58
فإن الطبيعة تحاول
خلق توازن على جانبي الغشاء.
00:12:02
لذا، يسمح لهذه البروتونات القلقة بالعودة
للداخل عن طريق إنزيم اسمه ATP سينثايز.
00:12:07
وتدفع الطاقة الناجمة عن اندفاع البروتونات
آلية مجنونة تجمع الـ ADP مع الفوسفات
00:12:11
لتكوّن ATP. إذن فالإلكترونات القادمة
من الجزيئات العشرة للـ NADH
00:12:17
التي نتجت عن حلقة كريبس لدى كل منها
طاقة تكفي لإنتاج 4 جزيئات ATPs تقريبَا.
00:12:22
ولن ننسى صديقينا جزيئي FADH2
حيث ينتج كل منهما جزيئي ATP.
00:12:28
وها نحن أولاء! هكذا تنتج الخلايا الحيوانية في
العالم بأسره الـ ATP عن طريق التنفس الخلوي.
00:12:34
وللتأكد فقط، دعونا نعد حساب جزيئات ATP
التي يمكن لجزيء غلوكوز واحد إنتاجها.
00:12:39
من جديد:
00:12:40
نتج جزيئا ATP
من كل جزيء بيروفات عبر تحليل الغلوكوز
00:12:44
وجزيئان في حلقة كريبس،
00:12:45
و34 جزيئَا في سلسلة النقل الإلكتروني.
00:12:49
وهذا من جزيء غلوكوز واحد.
تخيلوا كم ينتج ويستهلك جسمكم من الطاقة
00:12:56
كل يوم.
00:12:57
لا تصرفوا طاقتكم كلها على شيء واحد!
يمكنكم العودة ومشاهدة أي جزء
00:13:02
لم تفهموه من هذه الحلقة.
أريد حقَا إنهاء هذا بسرعة لأنني تعبت جدَا.
00:13:08
إن أردتم سؤالنا أسئلة، فافعلوا ذلك
في تعليقات يوتيوب في الأسفل YouTube
00:13:12
كما يمكنكم التواصل معنا عبر
Facebook أو Twitter.
