الرئيسية | علوم الحياة و الأرض | استهلاك المــادة العضوية وتدفق الطــاقة

استهلاك المــادة العضوية وتدفق الطــاقة

بواسطة
حجم الخط: Decrease font Enlarge font

التفاعلات المسئولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلية مراحل تفكيك الكليكوز دور العضلات الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة

 التفاعلات المسئولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلية

تقديم:

 تستعمل الكائنات ذاتية التغذية (النباتات الخضراء) الطاقة الضوئية والمواد المعدنية لإنتاج المادة العضوية،بينما تستعمل الكائنات غير ذاتية التغذية ( إنسان، حيوانات، نباتات لايخضورية) المادة العضوية لتمدها بالطاقة اللازمة لنموها وأنشطتها التركيبية، تعويض الخلايا الميتة والمواد المستعملة.

فما هي التفاعلات المسئولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلايا؟

وما هي أوجه استعمالات هذه الطاقة؟

 I / التفاعلات المسئولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلية:

 قصد تعرف اليات انتاج الطاقة من طرف الخلية، نقترح المعطيات التجريبية والملاحظات التالية:

 تمثل الخميرة فطر مجهري وحيد الخلية يمكن أن يعيش في وسط غني بالأكسجين(وسط حيهوائي) ووسط يفتقر للأكسجين

 (وسط حيلاهوائي).

ـ نضع الخميرة في وسط يحتوي على الكليكوز ونوزعها على وسطين:وسط1 حيلاهوائي ووسط2 حيهوائي،ثم نتتبع تغيرات مكونات الوسطين حسب الزمن:

يمثل الجدول1 تغيرات كمية الكليكوز في الوسطين:

يمثل الجدول 2 تغيرات بعض العناصر في الوسطين:

 تمثل الوثيقة التالية ملاحظة مجهرية لخلايا الخميرة في الوسطين بعد 64 ساعة من الزرغ:

وسط1

وسط2

http://195.221.140.203/svt/levures.htm

 تمثل الوثيقة التالية مظهر خلايا الخميرة في كل وسط:

http://www.didier-pol.net/03s11-6.gif

 

     ـ اعتمادا على تحليل المعطيات والوثائق السابقة، استخلص اليات انتاج الطاقة من طرف الخميرة.

 

    ـ تحليل:

  ـ في كلا الوسطين هناك استهلاك للكليكوز من طرف الخمائر.

  ـ في الوسط2 الحيهوائي يلاحظ  أن عدد الخمائر تضاعف كثيرا مع استهلاك للأكسجين وطرح لـ CO2 في الوسط وتبين الملاحظة المجهرية أن خلايا الخمائر غنية بعضيات خلوية تسمى الميتوكوندريات.

  ـ في الوسط1 الحي لاهوائي يلاحظ أن عدد الخمائر زاد نسبيا مع طرح لـ CO2 وتكون كحول في الوسط وتبين الملاحظة المجهرية أن خلايا الخمائر تحتوي على ميتوكوندريات قليلة وضامرة.

 

    ـ استنتاج:

في كلتا الحالتين تستعمل خلايا الخميرة مستقلب الكليكوز لإنتاج الطاقة من اجل تكاثرها.

 ـ في الوسط الحيهوائي تقوم الخلايا بهدم كلي لمستقلب الكليكوز مع استهلاك الأكسجين وطرح CO2 (وايضا H2O)مع إنتاج طاقة مهمة استعملت في التكاثر الكبير للخلايا وهذا ما يعرف بالتنفس ويتطلب تدخل الميتوكوندريات.

C6H12O6  +6 O2  -------------> 6CO2 +6 H2O + طاقة مهمة  

 ـ في الوسط الحيلاهوائي تقوم الخلايا بهدم جزئي لمستقلب الكليكوز في غياب الأكسجين مع تشكل كحول(الاثانول C2H5OH) و CO2 مع إنتاج طاقة ضعيفة استعملت في التكاثر الضعيف للخلايا وهذا ما يعرف بالتخمر ولا يتطلب تدخل الميتوكوندريات.

C6H12O6  ------------->2 CO2 +2 C2H5OH +  طاقة ضعيفة

 II / مراحل هدم الكليكوز:

قصد تعرف مراحل هذم الكليكوز داخل الخلية، نقترح المعطيات التجريبية التالية:

نقوم بعزل ميتوكوندريات مأخوذة من خلايا نباتية ثم نضعها في وسط به أكسجين ونقيس كمية هذا الأخير في الوسط بدلالة الزمن، في الزمن t0 نضع الميتوكوندريات في الوسط وفي الزمن t1 نضيف كمية قليلة من الكليكوز وفي الزمن t2 نضيف كمية قليلة من حمض البيروفيك. يمثل المبيان التالي النتائج المحصل عليها:

     ـ اعتمادا على تحليل المبيان، استخلص المراحل الاساسية لهدم الكليكوز على مستوى الخلية.

 

           ـ  تحليل:

عند إضافة الكليكوز إلى الوسط  في الزمن t1 يلاحظ عدم استهلاك الأكسجين أما عند إضافة حمض البيروفيك في الزمن t2 فيلاحظ ارتفاع في استهلاك الأكسجين.

           ـ استنتاج:

الميتوكوندريات تستعمل حمض البيروفيك بوجود الأكسجين ولا تستعمل الكليكوز مباشرة.

            ـ خلاصة:

يتعرض مستقلب الكليكوز إلى تفككين اساسيين:

ـ الأول خارج الميتوكوندري على مستوى الجبلة الشفافة ولا يحتاج إلى الأكسجين، يسمى انحلال الكليكوز glycolyse

ـ الثاني على مستوى الميتوكوندري ويحتاج إلى الأكسجين، يسمى التأكسدات التنفسية ويعتبر حمض البيروفيك هو المستقلب الذي يتعرض للتأكسدات التنفسية.



 

  I / مراحل تفكيك الكليكوز:

1 ـ داخل الجبلة الشفافة:

 عندما يدخل الكليكوز إلى الخلية يتحد مع الفوسفاط ليعطي كليكوز فوسفاط مما يمنعه من جهة من مغادرة الخلية ويمكنه من جهة أخرى من الدخول في سلسلة من التفاعلات تؤدي إلى تفككه تحت تأثير أنزيمات ليعطي في النهاية جزيئتين من حمض البيروفيك وتسمى هذه التحولات بانحلال الكليكوز وتتم في غياب الأكسجين.

 

www.biomultimedia.net

 

Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton

 

انظر الوثيقة 1 ـ الوثيقة 2  ـ الوثيقة 3  ـ الوثيقة 4  ـ الوثيقة 5 

التفاعل الإجمالي لانحلال الكليكوز:

اسحب العناصر داخل الخانات المناسبة:

  2 ـ داخل الميتوكوندري:

     2 ـ 1 ـ فوق بنية الميتوكوندري:

هي عبارة عن عضيات خلوية يتراوح طولها بين1 و 2μm، عرضها بين 0,5 و1μm. يزداد عددها كلما كانت الخلايا أكثر نشاطا وكلما كان الوسط غنيا بالأكسجين.

يتميز الغشاء الداخلي بتوفر وجهه الداخلي على كرات ذات شمراخ وهي مركبات أنزيمية مسئولة عن تفسفر ADP إلى ATP

2 ـ 2 ـ أكسدة حمض البيروفيك:

 ـ المرحلة الأولى : تكوين أستيل كوأنزيم A

الحصيلة:

اسحب العناصر داخل الخانات المناسبة:

ـ المرحلة الثانية : تفاعلات حلقة KREBS

يدخل أستيل كوأنزيم A  في حلقة من التفاعلات يتم خلالها انتزاع الكربون على شكل CO2 ،تكون طاقة ATP واختزال جزيئات ناقلة NAD و FAD إلى NADH و FADH2 مجموع هذه التفاعلات تسمى حلقة KREBS .

Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton

التفاعل الإجمالي لحلقة KREBS :

2Acetyl-CoA + 2ADP + 2Pi + 6NAD + 2FAD -----------------------> 4CO2 + 2ATP + 6NADH + 2FADH2+ 2CoA

انظر  الوثيقة1 ـ الوثيقة2  ـ الوثيقة3

   2 ـ 3ـ السلسلة التنفسية:

يحتوي الغشاء الداخلي للميتوكوندريات على سلسلة من نواقل الالكترونات قادرة على أكسدة جزيئات NADH و FADH2 ونقل الالكترونات إلى المستقبل النهائي (الأكسجين O2).

1/2O2 + 2e-  --------------------> O2-

انظر الوثيقة

 

 

 الطاقة الناتجة عن انتقال الالكترونات تعمل على إخراج ايونات +H من الماتريس إلى الحيز البيغشائي،ينتج عن هذا ممال للبروتونات من جهتي الغشاء الداخلي للميتوكندري(حدوث فرق في PH بين الماتريس والحيز البيغشائي) ضروري لتدفق ايونات +H على مستوى الكرات ذات شمراخ نحو الماتريس ليتم تركيب جزيئات ATP عن طريق تفسفر ADP .انظر  الرابط.

 

تركيب ATP الذي يستغل الطاقة الناتجة عن تفاعلات الأكسدة والاختزال يسمى التفسفر المؤكسد.انظر الوثيقة 1 ـ الوثيقة2

على مستوى الماتريس تتفاعل ايونات +H مع O2- لتعطي جزيئة الماء:

O2-+ 2H+  --------------------> H2O

ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من NADH تعطي 3ATP

ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من FADH2 تعطي 2ATP

Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton

الوثيقة1 ـ الوثيقة 2 ـ الوثيقة 3

  3ـ الحصيلة الطاقية:

نظريا نحصل على 38ATP لكن في الواقع نحصل على 36ATP فقط لأن نواقل NADH الناتجة في الجبلة الشفافة لا تدخل إلى الميتوكوندري، لكن تعوض بنواقل FADH2  باستثناء خلايا القلب والكبد حيث تعوض بنواقل NADH.

الكائنات ذات النواة غير الحقيقية PROCARYOTE لا تتوفر على ميتوكوندريات حيث غشائها الداخلي يلعب دور الغشاء الداخلي للميتوكوندريات وبالتالي يتم إنتاج  38ATP في الوسط الحيهوائي.

   4ـ خلاصة:انظر  الرابط1   الرابط2

     

II / التخمر La fermentation

 1 ـ ملاحظات أولية:

  ـ يحمض الحليب تحت تأثير بكتيريات حيلاهوائية تحول اللاكتوز ( سكر الحليب) إلى حمض لبني الذي يتسبب في تخثر بروتين الحليب الجبنين.

  ـ يتكون الحمض اللبني داخل العضلات المتعبة بعد القيام بنشاط عضلي قوي و طويل. 

 2 ـ تفسير:

عندما يصبح تزويد الخلية بالأكسجين غير كاف يمنع حمض البيروفيك من الدخول في سلسلة الأكسدة التنفسية فيتحول إلى حمض لبني بأكسدته لــ NADH  حسب التفاعل التالي:

CH3-CO-COOH + NADH ------------------------->CH3-CHOH-COOH + NAD

                                    حمص لبني                                                               حمض بيروفيك                   

تسمى هذه الظاهرة بالتخمر اللبني وتحدث في الجبلة الشفافة. انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2

هناك أنواع أخرى من التخمرات كالتخمر الكحولي الذي ينتج الاثانول والتخمر الزبدي الذي ينتج الحمض الزبدي ...

3ـ الحصيلة الطاقية:

التفاعل الإجمالي للتخمر اللبني:

C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -----------------------> 2(CH3-CHOH-COOH) + 2ATP

التفاعل الإجمالي للتخمر الكحولي:

C6H12O6 + 2ADP + 2Pi  -----------------------> 2C2H5OH + 2CO2  +2ATP

الوثيقة

في كلا الحالتين يتم إنتاج 2ATP

  III / مقارنة الحصيلة الطاقية للتنفس و التخمر:

التخمر

التنفس

2ATP

36ATP

  ـ الحصيلة الطاقية للتنفس أكبر من التخمر لأن جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل بعض الفضلات(الحمض اللبني أو الكحول).

الوثيقة

 IV / مقارنة المردود الطاقي للتنفس و التخمر:

  ـ جزيئة كليكوز تحتوي على طاقة كامنة تقدر بــ 686Kcal

  ـ حلمأة جزيئة ATP تعطي طاقة تقدر بـ 7,3Kcal  

المردود الطاقي للتخمر

المردود الطاقي للتنفس

2 x 7,3/686 x 100= 2,13%

36 x 7,3/686 x 100= 38,31%

 ـ المردود الطاقي للتنفس أكبر من التخمر لأن جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل الحمض اللبني أو الكحول.

 ـ في كلتا الحالتين لا يتم تحويل كل الطاقة الكامنة في الكليكوز إلى ATP على مستوى الخلية و إنما يضيع جزء منها على شكل حرارة، حيث لا يتم الاستفادة إلا من 38,31% من الطاقة الكامنة في الكليكوز خلال التنفس و 2,13% فقط خلال التخمر.


دور العضلات الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة


العضلات الهيكلية هي كل العضلات المرتبطة بالهيكل العظمي وتمكن من القيام بالحركات عن طريق التقلص وتتميز بصفة عامة بالاهتياجية أي القدرة على الاستجابة لعامل مهيج والقلوصية أي القدرة على التقلص.

 1 ـ دراسة تجريبية للتقلص العضلي( الظواهر الميكانيكية):

1 - 1 - العدة التجريبية:

توصل عضلة بطن الساق لضفدعة مخربة الدماغ و النخاع الشوكي بجهاز تسجيل التقلص العضلي الذي يسمى راسمة عضلية ثم نهيج العضلة إما بطريقة مباشرة أو غير مباشرة (تهييج العصب الوركي) فنحصل على تسجيلات تسمى رسوم تخطيطية عضلية.

1 - 2 - تحليل التسجيلات العضلية: الوثيقة

         أ - استجابة العضلة لاهاجة واحدة:

يمكن تقسيم المنحنى إلى ثلاثة أقسام:

ـ زمن الكمون: المدة الزمنية التي تفصل التنبيه عن الاستجابة العضلية.

ـ مرحلة التقلص العضلي.

ـ مرحلة الارتخاء: أثناءها تعود العضلة إلى طولها الأصلي.

عند التنبيه الوحيد للعضلة نحصل على استجابة سريعة للعضلة تسمى الرعشة

Subscribe to comments feed التعليقات (1 تعليقات سابقة)

avatar
27/10/2017 23:51:07
merci beaucoup
المجموع: 1 | عرض: 1 - 1

أضف تعليقك

  • Bold
  • Italic
  • Underline
  • Quote
  • أرسل إلى صديق أرسل إلى صديق
  • نسخة للطباعة نسخة للطباعة
  • نسخة نصية كاملة نسخة نصية كاملة

Tagged as:

لا توجد مدونات لهذا الموضوع

قيم هذا المقال

3.50