واکنش سوختن

دید کلی

واکنش هیدروکربنها از جمله آلکینها ، آلکنها و به ویژه آلکانها (که سوختهای مصرفی ما از جمله گازها از این دسته‌اند.) با اکسیژن و تشکیل دی‌اکسید کربن ، آب و پراهمیت‌تر از همه ، گرما مهمترین واکنشی است که در موتورهای درون‌سوز رخ می‌دهد. اهمیت عملی آن بر همه آشکار است. مکانیسم این واکنش بسیار پیچیده بوده و هنوز بطور کامل فهمیده نشده است! با وجود این ، ظاهرا شکی وجود ندارد که یک واکنش رادیکال آزاد زنجیری است.

گرمای واکنش سوختن

این واکنش ، فوق‌العاده گرماده است، ولی برای آغاز شدن به دمای بسیار بالا ، یعنی دمای شعله نیاز دارد. مانند واکنش کلردار شدن آلکانها ، برای شکستن پیوند و بوجود آمدن ذرات واکنش پذیر نخستین ، به انرژی قابل ملاحظه‌ای نیاز داریم (واکنش کلردار شدن ، یک واکنش زنجیری است.)، وقتی بر این سد انرژی فائق آمدیم، مراحل بعدی زنجیر به آسانی انجام شده و انرژی آزاد می‌شود.

موتورهای بنزینی و واکنش سوختن

درصد فشردگی بیشتر موجب شده است که موتورهای بنزینی پیشرفته بهتر از موتورهای قدیمی کار کنند، ولی در عین حال مشکل تازه‌ای نیز بوجود آمده است. در شرایط خاص ، انفجار ملایم مخلوط سوخت _ هوا در سیلندر ، جای خود را به کوبش می‌دهد که به مقدار زیاد از قدرت موتور کم می‌کند. با مشکل کوبش بطور موفقیت آمیز به دو طریق برخورد شده است:

1. گزینش مناسب هیدروکربنهایی که به عنوان سوخت مصرف می‌شوند.
2. افزودن تترااتیل سرب
   
   آزمایش با ترکیبهای خالص نشان داده است که تمایل هیدروربنهای گوناگون با ساختارهای مختلف ، برای ایجاد کوبش بسیار متفاوت است. تمایل ضد کوبش نسبی یک سوخت معمولا از روی عدد اکتان آن معلوم می‌شود. به کمک n-تان که کوبش بسیار دارد و به آن عدد اکتان صفر نسبت داده شده و 2 ، 2 و 4- تری متیل پنتان (ایزو اکتان) که به آن عدد اکتان 100 نسبت داده شده، یک مقیاس انتخابی برپا شده است. امروزه سوختهایی مورد استفاده‌اند که خصلت ضد کوبش آنها بهتر از ایزواکتان است.

اصلاح بنزین برای انجام واکنش سوختن بهتر

برش بنزین بدست آمده از تقطیر مستقیم نفت (بنزین مستقیم) را با افزودن ترکیبهایی که عدد اکتان آنها بالاتر است، اصلاح می‌کنند. گاهی به جای آن از سوختهای بهتری استفاده می‌کنند. آلکانهای زنجیری شاخه‌دار ، آلکنها و هیدروکربنهای آروماتیک عموما خواص ضد کوبش بهتری دارند. این هیدروکربنها را بوسیله کراکینگ کاتالیزوری و تبدیل کاتالیزوری از نفت تهیه می‌کنند. آلکانهای بسیار شاخه‌دار را از آلکنها و آلکانها به روش آلْکیل‌دار کردن می‌سازند.

در سال 1922 ، تی. سی. میجلی (T.C.Midgley) و تی. ای. بوید (T.A.Boyd) از آزمایشگاه پژوهشی جنرال موتورز دریافتند که عدد اکتان یک سوخت بر اثر افزودن مقدار کمی تترااتیل سرب () خیلی بهبود می‌یابد. بنزینی را که به این ترتیب بدست می‌آید، بنزین اتیل یا بنزین سرب‌دار می‌نامند. سرانجام بعد از 50 سال پژوهش معلوم شد که نقش تترااتیل سرب احتمالا تولید ذرات بسیار کوچک اکسیدهای سرب است که بر روی سطح آنها بعضی از زنجیرهای واکنش شکسته می‌شوند.

آلودگی ناشی از واکنش سوختن

واکنش سوختن و از جمله واکنش در موتورهای بنزینی ، علاوه بر دی‌اکسید کربن و آب ، اجسام دیگری را نیز وارد جو می‌کند. اجسامی که یا مه دود تولید می‌کنند و یا مستقیما موجب مسمومیت می‌شوند: هیدروکربنهای نسوخته ، مونوکسید کربن ، اکسیدهای نیتروژن و از بنزین سرب‌دار ، ترکیبهای گوناگون سرب.

پیش از این در ایالات متحده ، روزانه صدها تن سرب تولید می‌شد. از اثر نور خورشید بر مه دود ، اوزون تولید می‌شود که تحریک کننده و گاهی کشنده است. (این اوزون نیست که در بالای جو ، لایه اوزون را تشکیل می‌دهد.) اعتراض مردم به این آلوده کننده‌ها موجب شد تا تحول کوچکی در صنایع نفت و اتومبیل بوجود آید. مبدلهایی برای تصفیه گازهای خروجی از اگزوز اتومبیل ، از طریق اکسایش کاتالیزوری هیدروکربنها و مونوکسید کربن و از طریق تجزیه اکسیدهای نیتروژن به نیتروژن و اکسیژن ، طراحی شد. ولی بیشتر این کاتالیزورهای اکسایشی دارای پلاتین می‌باشند که بوسیله سرب مسموم می‌شود.

برای خارج کردن سرب از بنزین اقدام شد، این کار در آغاز نه برای قطع آلودگی ناشی از سرب ، بلکه برای این بود که مبدلها بتوانند کار کنند. این کار دوباره مسئله کوبش را مطرح کرد که به دو صورت با آن برخورد شد:

1. از طریق پایین آوردن نسبت فشردگی در اتومبیلهای جدیدی که ساخته می‌شود.
2. از طریق بالا بردن عدد اکتان بنزین با ایجاد تغییر در ترکیب هیدروکربن از طریق افزودن هیدروکربنهای آروماتیک و با استفاده فزاینده از ایزومری شدن برای انجام بهتر واکنش سوختن.
   
   اما این آلودگی ، جدی‌ترین مساله‌ای نیست که در اثر سوختن بوجود می‌آید.

اثر گلخانه‌ای و واکنش سوختن

در دهه 1980 دنیا متوجه خطر گرم شدن کره زمین ناشی از اثر گلخانه‌ای شد. در اینجا ، مقصر اصلی یک فراورده جانبی زیان آور نیست، بلکه یک فراورده اجتناب ناپذیر از سوختن هیدروکربنها ، یعنی دی اکسید کربن است. اتمسفر زمین دارای چندین گاز است که مانند شیشه در گلخانه عمل می‌کنند. این گازها در برابر نور مرئی خورشید شفاف‌اند و اجازه می‌دهند نور از آنها عبور کند و در پایین به زمین برسد. ولی نور فرابنفش منتشر شده به سوی زمین را به دام می‌اندازند و به گرما تبدیل می‌کنند.

گازهای گلخانه‌ای اصلی عبارتند از: CFC کلرو فلوئورو کربنها ، متان و مهمتر از همه ، مونوکسید کربن (که از واکنش سوختن ایجاد می‌شود.)

امروزه ، غلظت گازهای گلخانه‌ای به دو علت در حال زیاد شدن است و هر دو علت از تکنولوژی پیشرفته ناشی می‌شود: ساخت کلرو فلوئورو کربنها که هرگز پیش از این بر روی سیاره ما سابقه نداشته است و دیگری ، سوزاندن سوختهای فسیلی با سرعتی سرسام‌آور که باز هم رو به افزایش است.

اگر این روند متوقف نشود، پیش بینی می‌شود که دمای کره زمین همچنان بالا و بالاتر رود.

www.roshd.ir

آدنوزین تری فسفات (ATP)

اطلاعات اولیه

فقدان اکسیژن یکی از خواص مهم جو اولیه به شمار می آید. چنانچه در آن آمیزش برق آسای عناصر اکیسژنی وجود می داشت، مولکولهای ناپایدار حاصل ، به سادگی بر اثر احتراق نابود می شدند. اگر حیات بدون استعانت از اکسیژن حادث شده باشد، باید تخمیر آن را تامین کرد و باشد، که لولی پاستور ، شیمیدان فرانسوی نیز آن را حیات بدون آزمایش‌های مربوط به هوا توصیف کرد. عمل تخمیر بر اثر شکستن مولکولهای آلی (ترکیبات حاوی کربن) انرژی لازم را در اختیار یاخته قرار می دهد، فسفاتهای پر انرژی از قبیل آدنوزین تری فسفات را رها می کند.


برخی از اشکال تخمیر ، مانند تخمیر های مواد الکل ، به عنوان فرآورده فرعی ، دی اکسید کربنفرایند های سوخت و ساز بعدی ، از جمله عمل تنفس سهیم اند. تولید می کنند. رها شدن این گاز در جو به وسیله اشکال بی هوازی حیات ، که به اکسیژن نیاز دارند، در تکامل

آدنوزین تری فسفات در مرحله دوم سوخت و ساز

بعد از عمل تخمیر ، پیشرفت بعدی سوخت و ساز عبارت بود از چرخه مونوفسفات ششگانه (HMP). این عمل اساسا فرایندی بی هوازی است که به کمک انرژی حاصل از آدنوزین تری فسفات ، هیدروژن را از قند آزاد می کند. دی اکسید کربن نیز به عنوان فراورده فرعی به دست می آید. نیمی هیدروژن مربوط به چرخه HMP از آب به دست می آید. این چرخه معرف مرحله‌ای نسبتا پیشرفته (طی میلیونها سال) است، زیرا ، از دشوارترین راه به هیدروژن می رسد، نمایشگر دو روای است که عملا تمامی هیدروژن آزاد از سیاره ها فرار کرده است.

منبع خورشیدی آدنوزین تری فسفات

سومین مرحله در این جریان تکاملی (سوخت و ساز) ، احتمالا تغییر ماده آلی به فسفات آلی به کمک نور (فرایندی که طی آن گیاهان سبز انرژی نورانی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند) ، یعنی استفاده مستقیم در تولید ATP است. انجام این عمل مستلزم وجود ماده رنگی کلروفیلجذب نور ، حضور مواد رنگین یاخته (پروتئینهای آهن دار) برای تبدیل انرژی خارجی ، یعنی نور خورشید ، به انرژی ذخیره ای موسوم به (ATP) است. (پوروفیرین منیزیم) برای

جذب انرژی خورشیدی

همه موجودات زنده انرژی خود را از نور خورشید کسب می کنند، اما فقط گیاهان سبز می توانند نور خورشید را مستقیما به کار گیرند و با کمک مواد اولیه ساده ای،مانند دی اکسید کربن ، آب و آمونیاک ترکیبات یاخته ای بوجود آورند. این فرایند نور ساخت نامیده می شود. قسمت اعظم موجودات دیگر باید محصولات حاصل ار نور ساخت را به صورت غذا مورد استفاده قرار دهند، یعنی گیاهان استفاده کنند، یا موجوداتی را بخورند که خود با گیاهان تغذیه می شوند.

دلایل واکنشهای شیمیایی ترکیبات غذایی

واکنش های شیمیایی مربوط به ترکیبات غذایی ، شامل پروتئینها ، قندها ، چربیها ، به دو منظور صورت می گیرد، یعنی اینکه مواد پیچیده را به ترکیبات ساده تر تبدیل می کند و ضمن این عمل انرژی مورد نیاز برای انجام فعالیتهای موجودات زنده را فراهم می آورند. موجودات زنده نیز با جذب یا ذخیره انرژی ، مواد پیچیده تری تولید می کنند. فرایند اضمحلال مواد را کاتابولیسم و فرایند ساخت آنها را آنابولیسم می گویند. مجموعه این دو فرایند را متابولیسم می گویند.

نقش موجودات زنده در فرایند تولید انرژی

موجودات زنده نه می توانند انرژی را مصرف کنند نه می توانند آن را به وجود آورند، فقط قادرند انرژی را از حالتی به حالت دیگر تبدیل کنند. انرژی قابل استفاده ، به صورت گرما به طبیعت باز گرداننده می شود. آزمایش‌های مربوط به گرما نمی تواند در سیستم های زیستی (هیدروژیکی) کار انرژی را انجام دهد، زیرا همه قسمتهای یاخته اساسا دما و فشار یکنواختی دارند.

نقش آدنوزین تری فسفات در تبدیل انرژی

آدنوزین فسفات که ترکیب شیمیایی خواصی است، در تمام موجودات زنده برای تبدیل انرژی به کار می رود. این ترکیب ، تنها در حالت قابل انرژی در یاخته است. هر یاخته ای را از هر نوع که باشد، می‌توان همچون یک لامپ برق دانست. انرژی لازم برای روشن کردن این لامپ می تواند از نفت یا زغال سنگ ، یا هسته اتم ، یا آبشار تامین شود، اما این انرژی چه به حالت گرمایی ، هسته‌ای یا جنبشی باشد، ناگزیر باید به انرژی الکتریکی تبدیل شود.

به همین صورت ، آدنوزین تری فسفات نیز شبکه تامین انرژی شیمیایی تشکیل می دهد و با اتنقال انرژیش به مولکولهای دیگر ، گروه انتهایی فسفات خود ( Psub>1 ) را از دست داده و به آدنوزین دی فسفات ( ADP ) تبدیل شده است؛یا اینکه با از دست دادن دو گروه فسفات ( PP₁ ) ، به آدنوزین مونو فسفات ( AMP ) تغییر می یابد، که این فراورده ها نیز مجدا می توانند با کسب فسفات به ( ATP ) تبدیل شوند.

www.roshd.ir

فتوسنتز

مقدمه

فتوسنتز یکی از فرایندهای حیاتی گیاهان است که غذا و انرژی مورد نیاز گیاهان و سایر موجودات زنده را تامین می‌کند. این فرایند در دو مرحله انجام می‌شود. مرحله اول که واکنشهای نوری است. در این مرحله که با استفاده از انرژی نور و حضور آب ، منجر به تولید NADPH و ATP و تصاعد گاز اکسیژن می‌شوند در دستگاه یا ماشینهای فتوسنتزی به کمک رنگیزه‌های اصلی و فرعی انجام می‌گیرند.

واکنشهای نیازمند به نور در گیاهان سبز و جلبکها بوسیله دو سیستم گیرنده نور به نامهای فتوسیستم I و فتوسیستم II انجام می‌گیرد. بعد از این مرحله واکنشهای بی‌نیاز به نور فتوسنتز انجام می‌شود که انجام آنها به حضور یا عدم حضور نور وابسته نیست. طی این مرحله با استفاده از انرژی تولید در شده در مرحله نوری فتوسنتز کار تثبیت دی‌اکسید کربن و تولید قندها
انجام می‌شود.

سیستمهای گیرنده نور

برای انجام واکنشهای نوری به همکاری دو گروه مشخص از رنگیزه به نام فتوسیستم (PS) یا سیستم نوری نیاز است. در سیستم نوری I مرکز واکنش یا رنگیزه فعال کلروفیل a است که اوج جذبی آن درطول موج 730 نانومتر است و از این رو P₇₀₀ نامیده می‌شود. مرکز واکنش یا رنگیزه فعال سیستم نوری II کلروفیل P₆₈₀ است که اوج جذبی آن در 682 نانومتر است.

در هر دوسیستم ، کلروفیلها همراه با رنگیزه‌های فرعی یک تله گیرنده‌ای را تشکیل می‌دهند که نور را به دام می‌اندازد. در سیستم نوری II علاوه بر رنگیزه اصلی P₆₈₀ رنگیزه فرعی a₆₇₂ و کلروفیل b و فیکوبیلین‌ها و بعضی از کاروتنوئیدها قرار دارند. سیستم نوری I نیز علاوه بر رنگیزه اصلی P₇₀₀₆₈₄ دارای رنگیزه فرعی کلروفیل b به مقدار کمتر از سیستم II همچنین رنگیزه‌های فرعی a مثل a نیز هست.

چگونگی نقل و انتقال الکترون در سیستم نوری II

با برخورد فوتونهای نور به برگ گیاه ، ابتدا نخستین تله گیرنده نور یعنی مولکول P₆₈₀ که در مرکز سیستم نوری II برانگیخته شده، الکترون خود را از دست می‌دهد و به صورت یونی مثبت درمی‌آید. این الکترونهای آزاد شده از P₆₈₀ که انرژی زیادی دارند بلافاصله بوسیله یک سری از مواد انتقال دهنده مانند سیتوکرومها و کینونها که در مجاورت کلروفیل و در غشای تیلاکوئیدی زنجیروار به دنبال هم قرار گرفته‌اند منتقل می‌شود. الکترونهای آزاد شده از مولکول برانگیخته انرژی زیادی دارند و به تدریج با احیا و اکسید شدن مواد ناقل زنجیره الکترون انرژی خود را از دست می‌دهند و سرانجام به مولکول پلاستوسیانین که پتانسیل اکسایش- کاهش خیلی کمتری دارد، می‌رسند.

چون این پتانسیل به پتانسیل اکسایش- کاهش سیستم نوری I یا P₇₀₀ بسیار نزدیک است از این رو الکترونها به آسانی جذب این سیستم می‌شوند. الکترونها ضمن عبور از زنجیره انتقال الکترون در نقطه‌ای بین پلاستوکینون و سیتوکروم که سقوط یا افت پتانسیل در آنجا زیاد است انرژی خود را از دست می‌دهند این انرژی مصرف فسفریله کردن ADP و در نتیجه ایجاد ATP در حضور نور (فسفریلاسیون نوری) به مصرف می‌رسد این فسفریلاسیون با فسفریلاسیونی که در طی فرآیند تنفس صورت می‌گیرد تفاوت دارد. زیرا مستقل از اکسیژن مولکولی بوده و بدون نیاز به آن در داخل کلروپلاستها رخ می‌دهد. برای آنکه مولکولهای یونی شده کلروفیل که الکترونهای خود را از دست داده‌اند بتوانند کمبود الکترونی را جبران کنند، اجبارا باید الکترون بگیرند.

برای این منظور مولکولهای یونی شده مثبت P₆₈₀ این کمبود الکترونی را با جذب الکترونهایی که از اکسایش آب آزاد می‌شوند برطرف می‌سازند. از اکسایش آب علاوه بر الکترون ، یونهای هیدروژن و هیدروکسید نیز آزاد می‌شود. که یونهای هیدروکسیل به O₂ و H₂O تجزیه می‌شوند و بدین ترتیب اکسیژن فتوسنتزی متصاعد می‌گردد. یونهای پروتون نیز همراه با الکترونهایی که پس از فعالیت سیستم I به انتهای زنجیره متصل شده‌اند صرف احیا NADP و تشکیل NADPH می‌شوند.

چگونگی نقل و انتقال الکترون درسیستم نوری I

در این سیستم مرکز فعال مولکول P₇₀₀ است که با دریافت الکترونهای منتقل شده از سیستم نوری II برانگیخته می‌شود و سپس الکترونها را از طریق زنجیره‌ای از مواد ناقل الکترونی خاص که پتانسیل اکسایش- کاهش خیلی پایینی دارند انتقال می‌دهد تا به NADP در انتهای زنجیره برسد. الکترونها ابتدا جذب ماده‌ای ناشناخته به نام x می‌شوند که پتانسیل اکسایش- کاهش ضعیفی دارد و سپس از طریق ناقلین بعدی زنجیره که به ترتیب عبارتند از: فردوکسین ، فلاوپروتئین و NADP منتقل می‌شوند انتهای این زنجیره NADP بوسیله الکترونهای انتقال یافته و به همراه یونهای پروتون حاصل از تجزیه آب احیا شده و به NADPH تبدیل می‌شود.

فسفریلاسیون نوری

در سال 1954 آرنون و همکارانش نشان دادند که کلروپلاستها آنزیمهای لازم جهت سنتز ATP را دربردارند بطوری که می‌توانند در حضور نور ATP بسازند. این ATP بوجود آمده به همراه یک ماده احیا کننده موجب احیا و تثبیت Co₂ فتوسنتزی و بالاخره تولید کربوهیدرات در گیاه می‌شود. آرنون این فرایند ساخته شدن ATP در کلروپلاستها را فسفریلاسیون قتوسنتزی یا فسفریلاسیون نوری

چون در فتوسنتز علاوه بر ATP ، وجود ماده احیا کننده‌ای جهت تامین هیدروژن یا الکترونها نیز لازم است تا Co₂ احیا شده و کربوهیدرات تشکیل شود از این رو فسفریلاسیون نوری یا واکنش تشکیل ATP فتوسنتزی اجبارا با یک واکنش آنزیمی جفت می‌شود که در کلروپلاستها انجام گرفته و موجب احیای نوکلئوتید پیریدینی NADP می‌گردد. در این واکنشهای جفت شده یا زوجی نوکلئوتید NADP در حضور نور و آب همراه با ADP و یک مولکول فسفات احیا شده NADPH تبدیل می‌شود و همزمان با آن ATP نیز شناخته و اکسیژن خارج می‌شود. نامید.

2ADP + 2Pi + 2NADP + 4H₂O→2ATP + O₂ + 2NADPH + 2H₂O

خروج یک مولکول O₂ با احیای 2 مول از NADPH و استریفیه شدن 2 مول از فسفات کانی (Pi) همراه است در فتوسنتز باکتریها به جای NADPH نوکلئوتید NADH می‌سازند.

فسفریلاسیون نوری غیر چرخه‌ای

هنگامی که دو سیستم نوری II , I همزمان با هم و با دخالت آب همکاری می‌کنند انتقال الکترونهای پر انرژی آزاد شده از کلروفیل برانگیخته توسط فوتونهای نور که با تشکیل NADPH , ATP همراه است مسیری غیر چرخه‌ای را به شکل حرف Z طی می‌کنند به نحوی که الکترونها پس از عبور از زنجیره انتقال الکترون دیگر به مولکول کلروفیل باز نمی‌گردند و کمبود یا خلا الکترونی از تجزیه آب جبران می‌شود به این فرآیند انتقال غیر چرخه‌ای الکترونها که بر اثر همکاری هر دو سیستم II,I صورت می‌گیرد و به ساخته شدن NADPH , ATP می‌انجامد فسفریلاسیون نوری غیر چرخه‌ای نیز می‌گویند.

فسفریلاسیون نوری چرخه‌ای

در این فسفریلاسیون که بدون دخالت سیستم II و تصاعد اکسیژن انجام می‌گیرد فقط سیستم نوری I برانگیخته می‌شود و الکترونهای برانگیخته از کلروفیل P₇₀₀ پس از عبور از زنجیره انتقال الکترون همین سیستم با مسییری دایره وارد چرخه دوباره به کلروفیل P₇₀₀ برمی‌گردند. و ضمن این بازگشت انرژی خود را از دست می‌دهند که صرف ساختن ATP می‌شود.

علت فرآیند فسفریلاسیون نور چرخه‌ای

فسفریلاسیون نوری چرخه‌ای هنگامی انجام می‌گیرد که واکنشهای مرحله نوری به دلایلی نظیر نرخ پایین CO₂ ، عدم خروج فرآورده‌های نهایی فتوسنتز از یاخته‌های فتوسنتز کننده و در نتیجه عدم مصرف NADPH و بالاخره کافی نبودن ATP حاصل از فسفریلاسیون غیر چرخه‌ای متوقف شوند در چنین مواردی الکترونها پس از احیای فردوکسین بوسیله NADPH گرفته نمی‌شوند بلکه با دخالت سیتوکروم b به پلاستوکینون و پس به سیتوکروم F و پلاستوسیانین انتقال می‌یابند و از طریق این مواد مجددا به کلروفیل P₇₀₀ در سیستم I برمی‌گردند.

ضمن بازگشت الکترونها از پلاستوکینون به سیتوکروم F سقوط پتانسیل اکسید و احیا منجر به سنتز ATP می‌شود و بدین سان هنگام فسفریلاسیون نوری چرخه‌ای ، انرژی نوری به صورت ATP ذخیره می‌شود بی‌آنکه احیای CO₂ و خروج O₂ انجام پذیرد. این نوع فسفریلاسیون توسط طول موجهای بلند ، شدیدتر می‌شود و این خود موید این است که فقط سیستم I در این فرایند دخالت دارد. به علاوه ترکیباتی که مانع فعالت سیستم II می‌شوند، برعکس به انجام فرایند فسفوریلاسیون نوری کمک می‌کنند.

www.roshd.ir

تنفس سلولی

مقدمه

واکنشهای شیمیایی لازم برای تنفس سلولی، تماما درون یاخته و در پایگاههای تنفسی یا میتوکندریها رخ می‌دهند و به پایان می‌رسند. ویژگیهای ساختاری میتوکندری همراه با آنزیمها و کو آنزیمهای موجود در غشای درونی آن نقش بسیار موثری در انجام واکنشهای مرحله به مرحله‌ای تنفس و در نتیجه آزاد شدن تدریجی انرژی شیمیایی مولکولهای آلی کربوهیدراتها و لیپیدها) و تبدیل و بسته بندی آن به صورت انرژی زیستی ATP دارند.

گلوکز طی سه مرحله پیاپی به مولکولهای کوچکتر و سرانجام به ، آب و انرژی به صورت ATP تبدیل می‌گردد. در مرحله اول مولکول آلی به دو مولکول کوچکتر تجزیه می‌شود. در مرحله دوم این مولکولهای کوچکتر کربن خود را به صورت از دست می‌دهند و هیدروژن آزاد می‌کنند و بالاخره در مرحله سوم یا اکسایش نهایی الکترونها و پروتونهای موجود در اتمهای هیدروژن آزاد شده و با عبور از روی یک سری مواد ناقل الکترون ، انرژی خود را رها می‌سازند که این انرژی صرف ساختن ATP می‌گردد.

تاریخچه تنفس سلولی

مطالعه فرایند تنفس و تخمیر با پژوهشهای هانس و بوخنر ، در سال 1897 ، بر روی عصاره مخمر (زیماز) آغاز گردید و برای نخستین بار بطور تجربی اهمیت کاتالیزورهای زیستی و آنزیمها در این فرآیند مورد توجه قرار گرفت. پس از آن در سال 1900 ، ففر و سپس کوستیچف (1927-1922) نشان دادند که این فرایند از دو مرحله متمایز تشکیل یافته است: مرحله اول شامل مرحله بی‌هوازی و تخمیر است که آنزیم‌های این پدیده همگی درون یاخته‌ها وجود دارند. مرحله دوم مرحله استفاده از اکسیژن است که به تجزیه و اکسایش مواد حاصل از مرحله اول می‌انجامد. مطالعات و پژوهشهای بعدی به خوبی موید نظریات کوستیچف است.

مکانیسم تنفس

اکسایش تنفسی که منجر به تجزیه و اکسیداسیون مولکول آلی (گلوکز) و تبدیل آن به مولکولهای کوچکتر و سرانجام تولید آب ، و انرژی به شکل ATP می‌شود، در طی سه مرحله انجام می‌گیرد:

گلیکولیز

در مرحله اول یا مرحله گلیکولیز سوبسترای اصلی تنفسی که گلوکز است ابتدا به کمک ATP فسفریل دار شده ، تحرک پیدا می‌کند و سپس در طی واکنشهای بعدی این مرحله به دو نیمه سه کربنی اسید پیروویک تجزیه می‌شود. در طی گلیکولیز مقدار بسیار کمی انرژی (2 مولکول ATP) از طریق فسفریلاسیون سوبسترایی تولید می‌شود.

چرخه کربس

دومین مرحله تنفس چرخه کربس است که برخلاف چرخه کلوین ، چرخه تولید است. در طی واکنشهای دورانی چرخه کربس ، سوبسترای تنفسی حاصل از گلیکولیز که اسید پیروویک است، به تدریج اکسید و کربوکسیل زدایی می‌شود و از این رو اتمهای هیدروژن آن از طریق نوکلئوتیدهای NAD و FAD و همچنین اتمهای کربن آن به صورت آزاد می‌شوند.

مرحله آخر تنفس

• بالاخره در مرحله سوم الکترونها و پروتونهای اتمهای هیدروژن بطور همزمان از روی زنجیره‌ای از مواد ناقل الکترون عبور می‌کنند. در طی این عبور یا انتقال ، از یک سو الکترونها تدریجا انرژی خود را از دست داده و خود را به اکسیژن در پایان زنجیره می‌رسانند و از سوی دیگر ، انرژی رها شده ضمن انتقال الکترونها ، صرف فعال شدن نقاطی از زنجیره می‌شود که این نقاط به مثابه تلمبه‌های پروتونی عمل می‌کنند و پروتونها را به فضای بیرون از غشای درونی میتوکندری می‌رانند.
  
  با خروج پروتونها اختلاف شیب غلظت یا PH ایجاد می‌شود که خود اختلاف پتانسیل الکتریکی را به همراه دارد و اختلاف شیب غلظت و پتانسیل الکتریکی در مجموع موجب بروز یک شیب الکتروشیمیایی می‌شود که این شیب عامل اصلی یا نیروی محرکه لازم جهت بازگشت پروتونها به داخل غشای درونی میتوکندری و فعال شدن سیستم آنزیمی سازنده ATP است.

تولید شیمیواسمزی ATP

تولید شیمیواسمزی ATP که جفت و همزمان با واکنشهای اکسایش صورت می‌گیرد، طبق نظریه میچل به این صورت است که همزمان با انتقال الکترونها ، یونهای هیدروژن نیز از ماتریکس به بیرون از غشای درونی ، یعنی فضای بین غشایی منتقل می‌شوند و این امر منجر به تجمع پروتونها و اسیدی‌تر شدن فضای بین غشایی نسبت به ماتریکس و در نتیجه ایجاد یک شیب PH در دو طرف غشای درونی می‌شود.

شیب PH خود موجب بروز اختلاف پتانسیل الکتریکی غشا ، از طریق مبادله پروتونها با سایر کاتیونها ، از خلال غشای نیمه تراوای درونی ، می‌شود. شیب PH همراه با شیب الکتریکی غشا شیب الکتروشیمیایی ایجاد می‌کند که نیروی محرکه لازم جهت بازگشت پروتونها از طریق پایه آب گریز مجموعه آنزیمی ATP آز مستقر در غشای درونی را فراهم می‌سازد و موجب ساخته شدن ATP در محل گره یا سر این انزیم می‌شود.

اکسایش ناقص مواد در محیط فاقد اکسیژن

اکسایش ناقص مواد در محیط فاقد اکسیژن را که فقط تا پایان مرحله اول یا گلیکولیز انجام می‌گیرد و بر خلاف اکسایش کامل هوازی به و آب نمی‌انجامد، تخمیر می‌گویند. فراورده‌های تخمیری ناقص بوده و مقدار قابل ملاحظه‌ای انرژی رها نشده دارند. مهمترین فراورده‌های تخمیری الکل اتیلیک و اسید لاکتیک هستند که از احیای اسید پیروویک حاصل از گلیکولیز بوجود می‌آیند. اگر اسید پیروویک ابتدا کربوکسیل زدایی (از دست دادن ) و سپس احیا شود، الکل اتیلیک ایجاد می‌گردد (تخمیر الکلی) و اگر اسید پیروویک بدون هیچ تغییری احیا شود، اسید لاکتیک بوجود می‌آید. (تخمیر اسیدی)

مواد بازدارنده تنفس

بعضی مواد بازدارنده تنفسی مثل روتنون یا سیانید ، با قطع و مسدود کردن زنجیره انتقال الکترون و برخی دیگر مانند اولیگومایسین از طریق جلوگیری از فعالیت آنزیم ATP آز مانع انجام فسفریلاسیون اکسیداتیو می‌شوند. دسته‌ای از مواد نیز تحت نام مواد جدا کننده (آن کاپلرها) با جدا کردن واکنش زوجی فسفریلاسیون از اکسیداسیون فقط از انجام واکنش کاتالیز ADP یا Pi و سنتز ATP جلوگیری می‌کنند و هیچ اثری بر انتقال الکترون در طول زنجیره تنفسی ندارند.

www.roshd.ir

رشد جسمانی در دوران نوجوانی چگونه است؟

دوران نوجوانی در جوامع ساده تر کوتاه و در جوامع پیشرفته صنعتی طولانی تر است.
شروع آن ممکن است شامل تغییرات ناگهانی در الزامات و انتظارات اجتماعی و یا انتقالی تدریجی از نقشهای گذشته باشد. با وجود چنین تنوعاتی، یکی از جنبه های نوجوانی همگانی است و آن را از مراحل قبلی رشد مجزا می کند: تغییرات جسمانی و روانی بلوغ از این دوره نمایان می شود.

آغاز بلوغ یعنی چه؟
واژه بلوغ به اولین مرحله نوجوانی اطلاق می شود، یعنی آن زمان که بلوغ جنسی بارز می شود. واضح تر بگوییم، بلوغ با ازدیاد هورمونها و تظاهرات آن آغاز می شود، مانند: بزرگ شدن تدریجی تخمدان ها در زن و بیضه ها در مرد. ولی از آنجا که این تغییرات غالبا غیر قابل دیدن است، شروع نوجوانی غالبا با رشد موهای زهاری، بزرگ شدن پستانها در دخترها و بزرگ شدن آلت و بیضه ها در مردها مشخص می شود. بلوغ جنسی غالبا با رشد سریع قد و وزن همراه است که معمولا چهار سال ادامه دارد.

رشد جسمانی در دوران نوجوانی چگونه است؟
دوران نوجوانی در جوامع ساده تر کوتاه و در جوامع پیشرفته صنعتی طولانی تر است.
شروع آن ممکن است شامل تغییرات ناگهانی در الزامات و انتظارات اجتماعی و یا انتقالی تدریجی از نقشهای گذشته باشد. با وجود چنین تنوعاتی، یکی از جنبه های نوجوانی همگانی است و آن را از مراحل قبلی رشد مجزا می کند: تغییرات جسمانی و روانی بلوغ از این دوره نمایان می شود.

آغاز بلوغ یعنی چه؟
واژه بلوغ به اولین مرحله نوجوانی اطلاق می شود، یعنی آن زمان که بلوغ جنسی بارز می شود. واضح تر بگوییم، بلوغ با ازدیاد هورمونها و تظاهرات آن آغاز می شود، مانند: بزرگ شدن تدریجی تخمدان ها در زن و بیضه ها در مرد. ولی از آنجا که این تغییرات غالبا غیر قابل دیدن است، شروع نوجوانی غالبا با رشد موهای زهاری، بزرگ شدن پستانها در دخترها و بزرگ شدن آلت و بیضه ها در مردها مشخص می شود. بلوغ جنسی غالبا با رشد سریع قد و وزن همراه است که معمولا چهار سال ادامه دارد.

تعریف بلوغ جنسی چیست؟
تحقیقات انجام شده درباره بلوغ جنسی نشانگر این واقعیت است که اگرچه این تغییرات معمولا در عام وجود دارد اما مسائل گوناگون اجتماعی، ارزشهای فرهنگی، حوادث زندگی، رشد عقلی، تجربیات فردی آن را تحت تاثیر قرار می دهند. بلوغ با ازدیاد هورمونها و تظاهرات آن آغاز می شود. ظهور بلوغ جنسی نقش مهمی در زندگی ایفا می کند. دگرگونی های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی، وضعیت جدید و بارزی را ایجاد می کند. بلوغ جنسی غالبا با رشد سریع قد و وزن همراه بود و از لحاظ شدت، مدت و سن شروع از فردی با فرد دیگر تفاوت دارد. با اینکه در توالی رشد، تفاوتهای فردی دیده می شود ولی در رشد جسمانی دوران بلوغ، پیشرفت منظمی وجود دارد.
هنجار بلوغ جنسی در اکثر پسران بین 15-11 و در دختران 14-9 سالگی است.
دگرگونی های ایجاد شده در این دوران گاهی موجب نگرنی و تشویش نوجوان می گردد و رفتارهای مختلفی را موجب می شود. در پسران هر چند که رشد سلول بیضه ای و ترشح هورمون مردانه معمولا در 11 سالگی آغاز می شود، اما اولین علامت بیرونی بلوغ جنسی در مردها، معمولا ازدیاد رشد بیضه ها و کیسه بیضه است و احتمال دارد با رشد موی زهاری همراه باشد. حدود یکسال بعد تسریع رشد آلت جنسی مردانه با شروع جهش در قد همراه است و موی زیر بغل و صورت حدودا دو سال بعد از رشد موی زهاری ظاهر می شود صدای نوجوان معمولا در اواخر دوران بلوغ بم و دورگه می شود.
این تغییر صدا در پسرها قابل تشخیص است. پستان پسرها در دوران بلوغ دستخوش تغییراتی می شود و نوک پستان حالت برآمدگی پیدا می کند، و قطر دور نوک پستان بطور چشمگیری افزایش می یابد در پستان بعضی از پسرها برآمدگی ایجاد شده و بزرگ می شود.
رشد جنسی در دختران با ظاهر گشتن موهای زهاری، اولین نشانه بیرونی بلوغ جنسی، همراه است. رشد پستانها با ظهور موهای صاف و کمرنگ زیر بغل و ازدیاد ترشح استروژن همراه است و در سال بعد، رحم و واژن به سرعت رشد می کند.
فرج و کلیتوریس نیز بزرگتر می شود. قاعدگی دیر آغاز می شود و شروع آن معمولا بعد از کند شدن آهنگ جهش نموی است. اغلب تا 2 سال بعد از قاعدگی دخترها قادر به باروری نیستند.

منبع : پاسخ به مسائل ، ناگفته های جنسی و زناشویی – مترجم : محمدرضا دژکام