تُعتبر الطاقة عنصرًا أساسيًّا لاستمرار الحياة، إذ تعتمد جميع الكائنات الحيّة على مصادر مختلفة للحصول
عليها. 

فيحصل الإنسان والحيوان على الطاقة من الغذاء، حيث يحوّل جسمهما الموادّ الغذائية إلى طاقة تُستخدم في الحركة والنموّ والوظائف الحيوية.
أمّا النباتات، فتُنتج طاقتها من خلال عملية البناء الضوئي، وتستفيد من ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى غذاء وأكسجين.
من خلال هذه العمليات الحيوية، تُؤمَّن الطاقة اللازمة لجميع أشكال الحياة على سطح الأرض.
اِقفز لمدّة 3 دقائق، ما التغيّرات التي تشعر بها؟

التنفّس الخلوي

يُعدّ التنفّس الخلوي عملية حيوية أساسية تحدث في خلايا الجسم لتحويل الغذاء، وخاصّة الجلوكوز (سكّر بسيط)، إلى طاقة تُستخدم في جميع الأنشطة الحيوية. تتمّ هذه العملية داخل الميتوكوندريا، وهي عضيّات توجد في الخليّة وتُعرف بكونها محطّة إنتاج الطاقة.
يوجد نوعان رئيسيان من التنفّس الخلوي:

1- التنفّس الهوائي

يحدث في وجود الأكسجين، حيث يُكسَّر الجلوكوز بالكامل لإنتاج كمّيات كبيرة من الطاقة على شكل مركّبات طاقة  (جزيئات ATP ) وينتج عن هذه العملية الماء وثاني أكسيد الكربون. هذا النوع من التنفّس يُستخدم في الأنشطة اليومية العادية كالمشي، والحركة، أو في وقت الراحة أو أثناء الرياضة المعتدلة، لأنّه يُعطي طاقة كافية بشكل مستمرّ، كما في المعادلة التالية:

2- التنفّس اللاهوائي

يحدث في غياب الأكسجين أو نقصه، وغالبًا ما تقوم به الخلايا في الجسم عند ممارسة التمارين الشديدة أو السريعة مثل الركض السريع، أو رفع الأثقال. في هذا النوع، لا يُكسَّر الجلوكوز بالكامل، وينتج عنه طاقة أقلّ، بالإضافة إلى حمض اللاكتيك الذي يتراكم في العضلات.

عند ممارسة التمارين الرياضية أو بذل مجهود كبير، تحتاج العضلات إلى كمّية كبيرة من الطاقة. في البداية، تحصل العضلات على هذه الطاقة من خلال التنفّس الهوائي، الذي يستخدم الأكسجين لتفكيك الجلوكوز وإنتاج كمّية كبيرة من الطاقة، لكن عندما يستمرّ الجهد البدني لا يصل الأكسجين بشكل كافٍ إلى العضلات فيلجأ الجسم إلى التنفّس اللاهوائي لإنتاج الطاقة. يؤدّي هذا النوع من التنفّس إلى تراكم حمض اللاكتيك ما يسبّب إجهادًا وألمًا وتشنّجًا في العضلات أثناء المجهود. وبعد الحصول على قسط من الراحة، يتخلّص الجسم تدريجيًّا من حمض اللاكتيك ويعود إلى التنفّس الهوائي

تعتمد بعض الكائنات الدقيقة على التنفّس اللاهوائي للبقاء وإنتاج الطاقة لها، مثل البكتيريا اللاهوائية، التي تُنتج حمض اللاكتيك أثناء التنفّس اللاهوائي الذي يُستخدم في صناعة اللبن أو الجبن.
تقوم الخميرة أيضًا بالتنفّس اللاهوائي وتسمى عملية التخمر الكحولي الذي ينتج عنه الكحول وثاني أكسيد الكربون، وتُستخدم هذه الخاصّية في صناعة الخبز، حيث يساعد ثاني أكسيد الكربون على انتفاخ العجينة كما في المعادلة التالية:

إثراء

يعتمد جسم الإنسان على مجموعة من العناصر الغذائية مثل الكربوهيدرات، والدهون، والبروتينات كمصادر أساسية للطاقة، حيث تحوَّل داخل الجسم إلى جزيئات ATP  ( أدينوسين ثلاثي الفوسفات)، وهي الوحدة
الأساسية للطاقة الخلوية

مهارة العلوم

علِّل: سبب شعور الإنسان بالتعب وبألم في العضات بعد التمارين المكثَّفة

نشاط :

إذا كانت بعض الكائنات الدقيقة قادرة على إنتاج الطاقة في غياب الأكسجين، فكيف يمكن استثمار
هذه القدرة في حلّ مشكلات بيئية مثل التخلّص من النفايات العضوية؟ صمِّم فكرة مبتكَرة يمكن من
خلالها توظيف هذا النوع من التنفّس لإنتاج طاقة متجدّدة.

أتحقّق ممّا تعلّمت

 السؤال الأوّل: اِختر الإجابة الصحيحة علميًّا لكلّ من العبارات التالية بوضع علامة ✓ في الدائرة المجاوِرة لها:

المعادلة الكيميائية التي تعبّر عن التنفّس الهوائي:

(……….) جلوكوز + كحول إيثيلي           ↚         ماء + ثاني أكسيد الكربون
(……….) جلوكوز + أكسجين                 ↚        ماء + ثاني أكسيد الكربون + طاقة
(……….) جلوكوز                               ↚        ماء + ثاني أكسيد الكربون + طاقة
(……….) جلوكوز                               ↚       كحول إيثيلي + ثاني أكسيد الكربون + طاقة

2- يحدث التنفّس الخلوي في عضيّة داخل الخليّة تُسمّى:

(……….) الميتوكوندريا
(……….) البلاستيدات
(……….) جهاز جولجي
(……….) الشبكة الإندوبلازمية

السؤال الثاني: قارِن بين كلّ ممّا يلي كما هو موضَّح في الجدول التالي:

السؤال الثالث: علِّل ما يلي تعليلًًا علميًّا سليمًا:
يشعر الرياضيون بالتعب وألم شديد في العضلات بعد الانتهاء من التمارين الشديدة