|
|
|
 |
|  | |||||||
| |||||||||
 |  | ||||||||
| ملتقى الطلاب والطالبات ابحاث كاملة لجميع اخواننا الطلاب ومواضيع مفيدة لهم بمختلف مراحلهم الدراسية |
  |
| | أدوات الموضوع |
28-10-2010
| رقم المشاركه : 1 |
| |  المادة العضوية فهرس الإرســال الثانـي يتضمن هذا الإرسال المواضـيع التالية: -الخليـة والطاقـة * تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية " التركيب الضوئي " * تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة إلى طاقة كيميائية قابلة للإستعمال "التنفس و التخمر" -إستعـمال الـطـاقة ( ATP ) -1 – أثـناء الـتـقـلص العضـلي -التـضاعـف الخلـوي -إنتـقال الصفات الوراثـية -الطبيعة الكيميائية للمورثة و آلية عملها -تـمارين الإرسـال الثـاني أ- تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة " التـركيب الضوئي" الهدف من الدرس : التعرف على مكونات اليخضور الخام و خصائصه الضوئية -التعرف على بنية الصانعة الخضراء بالمجهر الإلكتروني – التعرف على دور اليخضور في عملية التركيب الضوئي – التعرف على مرحلتي التركيب الضوئيالمدة اللازمة للدرس : سبع ( 7) ساعات الوسائل اللا زمة للدرس : - أوراق نباتية خضراء ، مهراس ، كحول ،بنزين، أسيتون، إيثر البترول ،رمل سيليسي ،مدرجة، ورق واطمان رقم 1 ،معلاق، سدادة، ورق أسود، منبع ضوئي، موشور زجاجي، حوض متوازي السطوح ،كأس ، أنابيب إختبار،قمع ، حامل، ورق الترشيح المراجع الخاصة بالدرس: كتاب العلوم الطبيعية السنة الثالثة ثانوي تـصـمـيـم الـدرس - تمهيد 1- مكونات اليخضور 2- الخصائص الضوئية لليخضور 3- بنية الصانعة الخضراء بالمجهر الضوئي 4- دور اليخضور 5- مرحلتي التركيب الضوئي -أ – المرحلة الضوئية-- ب- المرحلة الظلامية 6- أسئلة التصحيح الذاتي 7- أجوبة التصحيح الذاتي تمهــيد : لقد علمت من دروس السنة الأولى ثانوي أن النباتات الخضراء قادرة على امتصاص الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية محققة بذلك صناعة مركبات عضوية ابتداء من غاز ثاني أوكسيد الكربون ( CO2 )و الماء ( H2O ). و السؤال المطروح كيف يتمّ تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة ضمن المركبات العضوية ؟ هذا ما سنتعرض إليه في درسنا هذا. 1-مـكـونـات الـيـخـضـور : أي (الكرومطوغرافيا) :تعتمد هذه الطريقة على صعود الأصبغة بالخاصية الشعرية عبر ورق واثـمان (1). التجربة: نحضر مذيبا يتكون من : -85 ملل في إيثر البترول. -10 ملل من الأسيتون. -05 ملل من البنزين. نفرغ حوالي 2 سم من المذيب في مدرجة ذات سدادة يخترقها سلك معدني ثم ندخل فيها شريطا من ورق واثـمان رقم 1، عرضه 2.5 سم و طوله حوالي 20 سم، نضع على إحدى نهايتيه وعلى بعد 3 سم 10 قطرات من محلول اليخضور الخام بحيثنخفف بين كل قطرة وأخرى نعلق الشريط بواسطة السلك المعدني المثبت على سدادة المدرجة من طرفه الآخر، ثم ندخله في المدرجة بحيث نغمر نهاية الشريط في المذيب بحوالي 1 سم، ثم نحيط المدرجة بغطاء أسود لمنع إتلاف الأصبغة بالضوء نترك التجربة لمدة ساعة. الملاحظة : بعد مرور فترة زمنية نخرج الشريط ونتفحصه فنلاحظ تشكل بقع مختلفة الألوان على شريط ورق واطمان و على مسافات مختلفة بسبب تباين سرعة صعود الأصبغة نتيجة إختلاف خواصها الكيميائية و قد تتوضع هذه البقع من الأسفل إلى الأعلى على النحو التالي : - بقعة بلون أخضر مزرق تمثل اليخضور ( أ و ب ) - بقعة صفراء تمثل اليصفور ( الكزانتوفيل ). - بقعة برتقالية تمثل الجزرين ( الكاروتين ). النتيجة : يتكون اليخضور الخام من اليخضورين (أ) و (ب) و اليصفور و الجزرين). 2- الخـصـائـص الـضـوئـيـة للـيـخـضـور : - طيف الإصدار وطيف الإمتصاص : يتميز اليخضور بقدرته على إمتصاص الضوء، ومن أجل التعرف على مكونات الضوء الأبيض ونوع الإشعاعات الضوئية التي يمتصها اليخضور. نعترض مسار حزمة ضوء أبيض بموشور زجاجي فنلاحظ على الشاشة مجموعة من الألوان (إشعاعات ضوئية) ناتجة عن تحلل الضوئ الأبيض وهي على الترتيب؛ الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق النيلي والبنفسجي، وهي عبارة عن أمواج كهرطيسية طول أمواجها يتلراوح بين 720 نانومتر(اللون الزرق)و 420 نانومتر(اللون الزرق) (اللون الحمر). يطلق على مجموعة هذه الإشعاعات ، طيف إصدار الضوء الأبيض. أما عند إعتراض مسار الحزمة الضوئية البيضاء قبل دخولها الموشور الزجاجي بحوض زجاجي متوازي السطوح، يحتوي على محلول اليخضور الخام فنلاحظ ظهور أشرطة سوداء، حيث يظهر شريطا سميكا في منطقةالأحمر والبرتقالي وأشرطة أقل سمكا في المناطق الموافقة لكلّ من الأصفر والأزرق والنيلي والبنفسجي بينما في منطقة الأخضر فلا نلاحظ أيّ تغيير. النتيجـة : إن إختفاء بعض الأطياف الضوئية يدل على إمتصاصها من طرف محلول اليخضور لكن بنسب متفاوتة.أما الإشعاع الأخضر فلم يمتصه. يطلق على مجموعة الإشعاعات الممتصة من طرف اليخضور الخام "طيف الإمتصاص". - العلاقة بين شدة التركيب الضوئي و نوع الإشعاع الضوئي: لإظهار هذه العلاقة نستعرض تجربة قام بها العالم إنجلمان Engelman - تجربة إنجلمان 1885: وضع إنجلمان بين صفيحة زجاجية وساترة، أشنة خضراء خيطية (السبيروجيرا) ضمن قطرة ماء ووضع معها بكتريا من نوع Bacterium-termo ذات، شراهة كيميائية للأوكسجين وعرّض المحضر لحزمة ضوئية بيضاء بعد إختراقها لموشور زجاجي وضع تحت صحن المجهر. - الملاحظة : لاحظ تجمعا كبيرا للبكتريا حول جزء الأشنة الموافق لمنطقة الطيف لأحمر وتجمعا أقل للبكتريا في منطقة الأزرق البنفسجي، أما في منطقة الأخضر فلا تتواجد إلا بأعداد قليلة جدًا.أما عند إستعمال الضوء الأبيض فتنتشر البكتريا بشكل متجانس حول خيط الأشنة. - التفسير : يعودالتجمع الكبيرللبكتريا في مناطق الطيف الأحمر والأزرق البنفسجي إلى وفرة الأوكسجين، مما يؤكد أن شدة التركيب الضوئي على مستوى هذه الأطياف عالية .و يعود ذلك لكون هذه الإشعاعات هي التي يمتصها اليخضور - النتيجة : تتغير شدة التركيب الضوئي بتغير طول موجة الإشعاع و أنّ الإشعاعات الطيفية أكثر نجاعة الإشعاعات الوسطية. 3- بـنـيـة الـصـّانـعـة الـخـضـراء: الصانعات الخضراء هي عضيات توجد في النباتات الخضراء الراقية على شكل عدسي، تظهر بوضوح عند فحص خلايا ورقة نباتات الإيلوديا بالمجهر الضوئي، قطرها يتراوح بين 3 - 10 ميكرومتر وسمكها بين 1 - 2 ميكرومتر يقارب عددها 40 صانعة خضراء في الخلية الواحدة. - مافوق بنية الصانعة الخضراء : أظهر المجهر الإلكتروني أن الصانعة الخضراء محاطة بغشائين بلازميين، الأوّل خارجي أملس، والثاني داخلي يرسل أعرافا داخل الصانعة الخضراء تسمى صفائح الصانعة تتوضع عليها بذيرات، تتكوّن كلّ بذيرة من عناصر مطبقة فوق بعضها البعض على شكل أقراص تدعى بالكييسات ( الثيلاكويد ) تنغمس هذه الكييسات ضمن مادة أساسية تدعى الحشوة، تحتوي على الماء و الشواردوالدسم والسكريات والجسيمات الريبية وجزئ DNA والأنزيمات. - مكونـات غـشـاء الـثـيـلاكـويـد : النظامان الضوئيان : يؤمنان الإشعاعات الضوئية وهما النظام الضوئي I والنظام الضوئي II ويتكوّن كل نظام من : - مـركـز فـعـال : يحتوي على معقدين من اليخضور - أ - يمتصان الإشعاعات التي يبلغ طول موجتها 680 نانومتر و 700 نانومتر، و مسؤولان على تفاعلان كيميوضوئيان متسلسلان وتحتوي كل وحدة على جزيئة من هذه الصبغات الفعالة على الأقل. - بنية الكييس وتوضيح مكونات غشائ الثيلاكويد: - الملاقط : هي أصبغة مجمعة للطاقة الضوئية تتمثل في اليخضور -أ- أو -ب- والكاروتينيات ( أشباه الجزرين ) ويكون عدد جزيئات اليخضور فيها يتراوح بين 300 و 400 جزيئة. أنظر الشكل - 7ب - - نـواقـل الإلـكتـرونـات : وهي معقدات بروتينية تقوم بنقل الإلكترونات يطلق عليها جميعا سلسلة الإنتقال الإلكتروني. - أنـزيـمـات مـركـبـة للـ ATP : وهي بروتينات على شكل كريات مذنبة تتكون من قاعدة وعنق ورأس كروي، تبرز الكريات بإتجاه المادة الأساسية، تعمل على تركيب الـ ATP ولذا تدعى ب ATP Synthetase. 4-دور الـيـخـضـور : تحتاج عملية التركيب الضوئي إلى طاقة يحصل عليها النبات الأخضرمن الضوء ويختص اليخضور بإمتصاصها وتحويلها إلى طاقة كيميائية. - الـتـفـلـور : - تجربة : نضيئ بمصباح قوي حوضا متوازي السطوح يحتوي على محلول اليخضور الخام ثم ننظر إليه من جهة وصول الأشعة الضوئية. - الملاحظة : يظهر محلول اليخظور الخام بلون أحمر تعرف هذه الظاهرة التفلور. أنظر الشكل - 8 - - الـتـفـسـيـر : تمتص جزيئة اليخضور فتونا مما يؤدي إنتقال إلكترونا من أحد ذراتها من مدار داخلي إلى مدارٍ خارجي وتصبح جزيئة اليخضور في هذه الحالة منشطة (حالة إثارة ) لإكتسابها طاقة، وعند رجوع الإلكترون إلى مداره الأصلي (الداخلي) فإنّ الطّاقة الممتصة تسترجع على عدة أشكال خصوصًا على شكل إشعاعات بطول موجة أعلى من طول موجة الضوء المسلط (ضوء أحمر). - النتيجة : تتنبه جزيئة اليخضور بالضوئ. الشكل- 8 – 5-مرحـلـتـي الـتـركـيـب الـضـوئـي : أظهرت التجارب الحديثة أنّ عملية التركيب الضوئي تتم وفق مرحلتين : مرحلة تحتاج إلى الضوء تدعى المرحلة الضوئية، ومرحلة لاتحتاج إلى ضوء تدعى المرحلة الظلامية. - تجربة إمرسن : أنجزت هذه التجربة سنة 1932 لإستخراج هاتين المرحلتين، وقد أجريت في وجود ضوء متقطع : كلوريلاّ ( طحلب مجهري وحيد الخلية ) موضوعة في محاليل بيكربوناتية، تتلقى إضاءات شديدة متقطعة ومتباعدة بفترات ظلامية. - النتيجة : لوحظ أنّ المردود يكون أحسن منه لوكانت الكلوريلا معرضّة لضومستمرّ. الفترات الظّلامية المثلى تتعلق بالحرارة، فعند الدّرجة 25°م، يكون مردود أقصى عند فترات تساوي 4/100 ثواني. أمّا عند الدّرجة 1°م، إذا أردنا التحصّل على نفس المردود، يجب الضّرب في 10 الفترة التي تفصل بين إضاءتين. - الحرارة لاتؤثر على التقاط الطّاقة لكنّها تؤثر على التفاعلات الكيميائية التي تجري في غياب الضوء بهذه التجربة أظهر إمرسن بصفة نهائية وجود مرحلتين متتاليتين أثناء عملية التركيب الضوئي : - مرحلة الضوئية تلتقط أثناءها التفّاعلات الكيميائية الضّوئية، الطّاقة الشمسية. - مرحلة ظلامية، أين تستعمل الطّاقة الملتقطة من قبل في التركيبات الكيميائية. المرحلة الضوئية : تجربة روبن 1940 : تعتمد تجربة روبن على إستعمال العناصر المشعة في عملية التركيب الضوئي. حيث وضع معلقًا من أشنة الكلوريلا ( نبات وحيد الخلية ). أنظر الشكل -9- في ماء موسوم بنظير الأوكسجين ( O218 ) بينما غاز Co2 المضاف عادي. ويعرضها للضوء فوجد أنّ الأوكسجين المنطلق مشعا، في حين أن إضافة الماء العادي ( H2O ) وغاز ثاني أوكسيد الكربون الموسم بالأوكسجين المشع O218C وتعريض المعلق إلى الضوء، وجد أنّ الأوكسجين المنطلق أثناء عملية التركيب الضوئي مصدره الماء وليس غاز ثاني أوكسيد الكربون كما هو موضح في المعادلتين الكيميائيتين التاليتين : مادة عضوية ضوء يخضور ضوء يخضور مادة عضوية ضوء أشنة الكلوريلا الأكسجين المنطلق ماء عادي غاز تاني أوكسيد الكربون الموسوم بنظير الأوكسجين تجربة روبن وكامن 1940 شكل - 9 - ضوء غاز تاني أوكسيد الكربون عادي ماء موسوم بنظير الأكسجين الأكسجين المنطلق مشع أشنة الكلوريلا تابع تجربة روبن و كامن 1940 شكل – 9 - تجربة هيل 1937 : وضع صانعات خضراء معزولة في ماء أضيف إليه حماضات الحديد الثلاثية، ذات اللون الأحمر ثم عرضها للضوء، فلاحظ تصاعد فقاعات من الأوكسجين، في نفس الوقت ترجع حماضات الحديد الثلاثية إلى ثنائية ذات اللون الأخضر. ومنه إستنتج أن الصانعات الخضراء المعرضة للضوء تحلل الماء إلى أوكسجين وهيدروجين فالأوكسجين ينطلق على شكل فقاعات غازية بينما الهيدروجين قام بإرجاع حماضات الحديد الثلاثية إلى ثنائية وفق المعادلة التالية : ضوء صانعات خضراء حماضات الحديد الثلاثية + ماء حماضات الحديد الثنائية+ 4H++O2 ضوء يخضورر ومن التجربتين السابقتين نستنتج أن : - الضوء ضروري لعملية التركيب الضوئي إذ يمدّ النبات بالطاقة اللازمة لتحليل الماء. أما اليخضور فضروري لتثبيت هذه الطاقة الضوئية وتحويلها إلىطاقة كيميائية. ومنه يمكن تلخيص التفاعلات الضوئية فيمايلي : يمتص اليخضور الطاقة الضوئية من الشمس فيتحول إلى يخضور نشط نتيجة انتقال الإلكترونات إلى المدار الخارجي وعند عودة الإلكترونات إلى مدارها الأصلية فإنّ ذلك يؤدي إلى تحرير طاقة إلكترونية قادرة على تحليل الماء إلى مجموعتين وفق المعادلة التالية : ضوء يخضور فالأوكسجين ينطلق على شكل فقاعات غازية بينما الإلكترونات فإنها تنتقل بواسطة معقدات بروتينية توجد ضمن غشاء الثيلاكويد تدعى النواقل مثل مجموعة السيتوكروم، وبعدها تدخل في إرجاع مركب عضوي هو النيكوتين أميد أذنين ثنائي النكليوتيد فوسفات والذي يرمز له إختصارًا NADP+ . أما البروتونات ( H+ ) فتخرج عن طريق الكريات المذنبة محفزِةً بذلك الإنزيم لتركيب ATP إبتداءً من ADP + Pi وفق المعادلة التالية : يخضور ضوء و السؤال المطروح : كيف تتحول الطاقة إلىجزيئة ATP وللإجابة عن ذلك نستعرض أعمال العالم بيترميتشال، لاحظ ميتشال أن شوارد الهيدروجين تتحرر من الميتوكوندري المتنفسة على حساب الطاقة المنطلقة أثناء تدفق (إنتقال) الإلكترونات وإقتراح أن هناك تدرجا في تركيز البروتونات عبر غشاء الميتوكوندريا، ويرجع هذا إلى تراكم شوارد الهيدروجين على أحد جوانب غشاء الميتوكوندريا، وهذا التراكم ضروريا لإنتقال الطاقة إلى التفاعل الماصللحرارة (الطاقة) وهو فسفرة ال ADP إلى ATP وفق المعادلة : أنزيم وأطلق على هذه الفرضية إسم الفرضية الكيمو-أسموزية، والتي تحضى بأهمية كبيرة حيث تفسرعملية الفسفرة الضوئية في أغشية الثيلاكوئيد، وإستغل بعده العالم ياغندروف هذه الفرضية لإنتاج ال ATP في الصانعات الخضراء، حيث إستعمل الكييسات المعزولة مضافا إليها ADP و Pi في وسط مناسب وفي الظلام لمنع عمل اليخضور. فعند حضن الكييسات في وسط درجة حموضته (7 = pH) فبعد مدة يصبح pH الكييسات مساويا ل pH الوسط الخارجي، فلا يتشكل ال ATP وعند حضن الكييسات في وسط 4 = pH ، بعد مدّة تصبح درجة حموضة الكييسات تساوي درجة حموضة الوسط الموضوعة فيه، أي حدوث التوازن، نضيف في هذه الحالة كمية من الصودا (NaOH) لتعديل الوسط الخارجي حيث تصبح درجة حموضّة ( 8.5 = pH ) فلاحظ تشكل ATP.أما عند إضافة إنزيمات تخرب الكرات المذنبة فلا يتشكل ال ATP أنظر الشكل -10- النتيجة : من خلال التجارب السّابقة يتضح أن تشكل ATP يتطلب فرقًا في تركيز البروتونات ( H+ ) بين الوسط خارج الثيلاكويد وداخله وعند خروج هذه البروتونات عبر الكرية المذنبة تحفز الإنزيم على تشكيل ATP ابتداء من ADP + Pi يطلق على هذه الظاهرة بالفسفرة ولحدوثها يجب أن تكون الكريات المذنبة سليمة. الشكل -10- مـرحـلـة الـظـلامـيـة : في نهاية المرحلة الضوئية تكون الخلية قد تحصلت على جزيئات من ATP و H++ NADP2H ، وهذه الجزيئات هي التي تمكن الخلية من تصنيع جزيئات عضوية كالغلوكوز وذلك بتثبيت غاز ثانب أوكسيد الكربون ( O2C ) ولمعرفة مصير هذا الغاز وكيفية تشكيل الجزيئات العضوية نستعرض أعمال كالفن ومساعدوه. تجربة كالفن : أنجز كالفن ومساعدوه التركيب التجريبي التالي. الشكل -11 - الذي سمح بمعرفة تسلسل تكوين المركبات العضوية في أشنة الكلوريلا، حيث وضع معلق الأشنيات الخضراء ( الكلوريلا ) في وعاء شفاف يسمح لها أن تقوم بعملية التركيب الضوئي تحت ظروف ثابتة من الحرارة والضوء وتزويد الكلوريلا بغاز ثاني أوكسيد الكربون على هيئة فقاعات غازية. وبعد ذلك تمرر خلايا الكلوريلا خلال أنبوبة شفافة إلى كأس به ميثانول يغلي، وبذلك تنتهي كل النشاطات الأيضية أي توقف جميع التفاعلات الأنزيمية وخلال الأنبوب الشفاف توجد أماكن معلومة لتزويد الأشنة بغاز ثاني أوكسيد الكربون الموسوم بالكربون المشع (C14) والمذاب في الماء وبواسطة المضخة يمكن التحكم في مدّة تعريض الأشنة إلى ثاني أوكسيد الكربون الموسوم من ثانية واحدة إلى عد{ة دقائق. ثم إستخدم طرقًا تجمع بين التسجيل اللوني (الكروماطوغرافيا) والتصوير الإشعاعي الذاتي. فتتيح طريقة التسجيل اللوني ذو الإتجاهين (ثنائي البعد) بالفصل الجيد للكميات الصغيرة من المركبات الوسطية في عملية التركيب الضوئي. شكل -11- وبعد تنشيف الورق الكروماطوغرافي نغطيه بشريط فوطوغرافي في غرفة مظلمة لمدة زمنية، وبعد ذلك نقوم بتحميض الشريط فتظهر بقع سوداء تدل على المركبات الكيميائية المتشكلة، والتي أدمجت الكربون المشع، وبمقارنتها مع تجارب شاهدة يمكن توضيح ترتيب ظهور المركبات العضوية وبالتالي تسلسل التفاعلات الكيموحيوية في أشنة الكلوريلا. شكل -12- فإذا كانت مدّة تعريض الأشنة لثاني أوكسيد الكربون الموسوم تقدر بواجد ثانية فإن أغلبية الكربون المشع تتواجد ضمن مركب ثلاثي الكربون تـجـربة كـالـفـن رسم تخطيطي لأشنة الكلوريلا يدعى حمض الفوصفوغليسيريك والذي يرمز له إختصارًا- A-P-G - أما إذا كانت مدّة تعريض الأشنة لثاني أوكسيد الكربون الموسوم تقدر بخمس ثوان فتظهر أكثر تعقيدًا تتمثل في سكر خماسي الكربون يدعى الرايبلوز ثنائي الفوصفات والذي يرمز له اختصارًا - RuDiP - لإضافة إلى سكريات سداسية مفصفرة. أما إذا كانت مدّة تعريض الأشنة لثاني أوكسيد الكربون الموسوم تقدر بواحد دقيقة فإنه يتمّ ظهور مركبات أخرى متنوعة خاصة منها الحموض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات. شكل 13 العلاقة بين A-P-G و RuDiP : لإيجاد العلاقة بين A-P-G و RuDiP نقوم بتحليل منحنيات الوثيقة (1،2) من الشكل 13 التي تمثل النتائج التجريبية التي حصل عليها " كالفن " في الشروط التجريبية التالية : ثبات الضوء وتغيير نسبة O2C : نلاحظ تراكم الرايبلوز ثنائي الفوصفات في حين أن حمض الفوصفو غليسيريك يتناقص. ثبات O2C والإنتقال من الضوء إلى الظلام : نلاحظ تراكم حمض الفوصفو غليسيريك في حين أن الرايبلوز ثنائي الفوصفات يتانقص. وهذا ما يقودنا إلى القول بأن RuDiP الذي تشكل في وجود الضوء، يختفي شيئًا مشكلا بذلك A-P-G في الظلام. ومن خلال تحليل تجارب " كالفن " يمكن تلخيص تفاعلات المرحلة الضوئية. فيمايلي : تبدأ التفاعلات الظلامية بتثيب غاز ثاني أوكسيد الكربون ( O2C ) على الرايبلوز ثنائي الفوصفات ليكوّن مركبًا غير ثابت يتكوّن من ستة ذرات كربون ( C6 ) الذي يتفكك إلى جزئين من حمض الفوصفو غليسيريك A-P-G وفق المعادلة : ويتمّ إرجاع حمض الفوصفو غليسيريك بواسطة ( H++ NADP ) الذي تشكل في المرحلة الضوئية إلى الفوصفو غليسير الديهيد P.G.Al وفق المعادلة التالية : سكر ثلاثي الكربون يُستعمل قسم من الفوصفو غليسر ألديهيد في تكوين سكر سداسي الكربون (غلوكوز) والقسم الباقي يُستعمل في تجديد الرايبلوز ثنائي الفوصفات؛ الذي يستقبل غاز ثاني أوكسيد الكربون لتبدأ دورة جديدة وفق المعادلة التالية : تعرف هذه الدورة بحلقة " كالفن " كما هو موضح في مخطط التفاعلات الظلامية ثبات الضوء وتغيير نسبة غاز ثاني أوكسيد الكربون 300 400 200 100 0.003%CO2 1%CO2 RuDP APG كمية المواد( ملغ ) الزمن ( ثا ) 0 ثبات غاز ثاني أكسيد الكربون و الإنتقال من الضوء إلى الظلام ظلام ضوء السكريات APG RuDP كمية المواد المشعة 0 10 20 30 40 الزمن ( د ) العلاقة APG و RUDP رايبيلوز ثنائي الفوسفات رايبيلوز أحادي الفوسفات مركب سداسي غير ثابت حمض الفوسفوغليسيريك فوسفوغليسر ألدهيد غــلـوكــوز التفاعلات الظلامية (حلقة كالفن) في عملية التركيب الضوئي الخلاصة : التركيب الضوئي هو عملية حيوية يقوم بها النبات الأخضر في وجود الضوء وغاز ثاني أوكسيد الكربون ويتمّ خلالها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة في المركبات العضوية وتتم هذه العملية في مرحلتين. المرحلة الضوئية : ويتمّ فيها تحليل الماء (أكسدته) وترجع النواقل +NADP وتشكل ال ATP. المرحلة اظلامية: ويتم فيها إرجاع CO2 (H++ NADP،ATP) لبناء سكر سداسي. كما موضح في المخطط التال : ATPase ATP إنزيم مركب للـ مركبات متنوعة سـكريـات دسـم حموض آمينية سكر ثلاثي مصفر حلقة كالفن 6 جزيئات 6 جزيئات الثيلاكلويد ضوء 6 جزيئات 3 جزيئات 3 جزيئات 5 جزيئات جزيئة واحدة مخطط يوضح التكامل بين مرحلتي التركيب الضوئي خلاصة التركيب الضوئي 6- أسـئـلـة الـتـصحـيـح الـذاتـي : I) السؤال الأول : نجري التجريبتين التاليتين على أشنة خضراء. أ - نستخلص صباغ الأشنة بعد حله في مذيب مناسب، ثم نقيس نسبة الضوء الممتص لكل طول موجة، فنحصل على النتائج المتمثلة في المنحنى (1) ب - نقيس في نفس الوقت شدّة إنطلاق الأوكسجين لهذه الأشنة وذلك عند إضاءتها بأطوال أمواج مختلفة، فنحصل على النتائج الممثلة في المنحنى (2). أ - حلل هذين المنحنين مع وضع عنوان لكل منهما ؟ ب - ماذا تستنتج من المقارنة بين هذين المنحنين ؟ II) السؤال الثاني : نضع معلق الكلوريلا (أشنة خضراء وحيدة الخلية) في وسط يحتوي على 4% من غاز ثاني أوكسيد الكربون، ونعرضه للضوء. - إذا زودنا هذه الأشنة ب غاز O2C موسوم بالنظير المشع للأوكسجين (O18)، فإننا نلاحظ أن الأوكسجين المنطلق غير مشع. - إزودنا هذه الأشنة بماء موسوم بالنظير المشع للأوكسجين (O18) فإننا نلاحظ أن الأوكسجين المنطلق يكون مشعًا. ماذا تستخلصه من ذلك ؟ أكتب معادلة التركيب الضوئي وفق ما تستخلصه. III) السؤال الثالث : نضع معلق الصانعات الخضراء المعزولة والمخربة جزئيا في دورق به أوكسالات الحديد الثلاثية، ونعرضه للضوء نلاحظ مباشرة إنطلاق الأوكسجين (O2)، وإرجاع أوكلسالات الحديد الثلاثية ‘لى أوكسالات الحديد الثنائية وفق المعادلة التالية : يخضور ضوء وأخذنا بعين الإعتبار انتقال الإلكترونات فقط فإنّ معادلة " هيل " (HILL) يمكن تبسيطها كمايلي : أ- إشرح هذا التفاعل. ب - إذا علمت أن المستقبل الفيسيولوجي في الصانعة الخضراء هو +NADP. فأكتب التفاعل المماثل الذي يحدث في ظروف الطبيعية. 7-أجـوبـة الـتـصـحـيـح الـذاتـي : الجواب الأول : أ - تحليل المنحنيين : المنحنى الأول : يمثل هذا المنحنى، إختلاف شدة الإمتصاص بإختلاف طول الموجة، حيث يكون الإمتصاص شديدًا في منطقتي الطيف البنفسجي والأحمر وضعيفا في منطقة الأخضر. عنوان المنحنى 1 : طيف إمتصاص اليخضور. المنحنى الثاني : يمثل هذا المنحنى كمية الأوكسجين المنطلقة بإختلاف طول موجة الضوء الممتص، حيث تكون كمية الأوكسجين المنطلقة كبيرة في منطقتي البنفسجي والأحمر وقليلة في منطقة الأخضر. عنوان المنحنى 2 : طيف النشاط ( طيف العمل ) أو منحنى الشدّة. ب - الإستنتاج من المقارنة بين المنحنين : نلاحظ تشابها في مظهر بين المنحنين، أي هناك توافق بين المنحنين، فحيث يوجد إمتصاص كبير يقابله إنطلاق كبير للأوكسجين، فالأطياف الأكثر إمتصاصا هي الأكثر فعالية. الجواب الثاني : نستخلص من التجربتين أنّ مصدر الأوكسجين المنطلق هو الماء وليس غاز ثاني أوكسيد الكربون. وعليه تكون المعادلة الكيميائية للتركيب الضوئي كمايلي : ضوء ماء يخضور ماء غاز الفحم غاز أوكسجين غلوكوز الجواب الثالث : أ - شرح التفاعل : حدث في هذا التفاعل أكسدة للماء أوالتحلل الضوئي للماء، فينتج عنه مايلي : - الأوكسجين ( O2 ) غاز ينطلق. - الإلكترونات التي تقوم بإرجاع الحديد الثلاثي إلى ثنائي، ويتمّ هذا وفق المعادلة الكيميائية التالية : تفاعل الأكسدة: يخضور ضوء تفاعل الإرجاع: ضوء يخضور و يمكن كتابة المعادلة الكيميائية كذلك بالشكل التالي : تــفــاعــل إرجــاع تـفـاعــل أكــســدة يخضور ضوء ب - التفاعل المماثل في الظروف الطبيعية : NADP هو النيكوتين أميدأدنين ثنائي النكليوتيد. يخضور ضوء ب- تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة إلى طاقة كيميائية قابلة للإستعمال التنفس و التخمر الهدف من الدرس : - إظهار العلاقة بين درجة تفكيك مادة الإيض والطاقة الناتجة خلال التنفس والتخمر.- التعرف على مقر التنفس " بنية الميتوكندريا " - التعرف على التفاعلات الكيميائية التي تحدث خلال التنفس.-التحلل السكري، التأكسدات التنفسية والفسفرة التأكسدية.- التعرف على التفاعلات الكيميائية للتخمر الكحولي والتخمر اللبني.- التعرف على الحصيلة الطاقوية والمردود الطاقوي للتنفس والتخمر اللبني. المدة اللازمة للدرس : ساعتان. الوسائل اللازمة للدرس :- أنابيب إختبار، مجهر ضوئي، صفائح زجاجية، ساترات، ماصة، موقد، ملح الطعام، كبريتات النحاس ، غلوكوز، سكروز، نشاء، زلال البيض، ورق الترشيح، قمع زجاجي، حوجلة، غشاء السيلوفان، أنبوب قمعي، حوض، ماء مقطر، زيت الزيتون، حامل. المراجع الخاصة بالدرس : كتاب العلوم الطبيعية السنة الثالثة ثانوي تـصـمـيـمُ الـدَّرس - تمهيد. 1-مقارنة بين التنفس والتخمر. 2-مقر التنفس.- 3مراحل التنفس.4- التخمر الكحولي والتخمر اللبني. 5- الحصيلة الطاقوية والمدود الطاقوي لعملتي التنفس والتخمر. 6- أسئلة التصحيح الذاتي.7- أجوبة التصحيح الذاتي. تـمـهـيـد : تشكل المركبات العضوية التي تصنعها النباتات الخضراء مصدر الطاقة الضرورية لحياة الكائنات الحية ( حركة، نمو، بناء مركبات، نقل جزيئات . . . ). والسؤال المطروح علينا هو : كيف يتم تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في الجزيئ العضوي إلى طاقة كيميائية قابلة للإستعمال ( ATP ) ؟ للإجابة عن ذلك ندرس التنفس والتخمّر. 1-مقارنة بين تنفس والتخمر : الخمائر هي فطريات وحيدة الخلية ومجهرية، قادرة على العيش في وسط هوائي ( توفر الأوكسجين ) وفي وسط لاهوائي. تمكن لويس باستور (1861) LOUIS PASTEUR أثناء دراسته لخميرة الجعة من الحصول على النتائج الموضّحة في الجدول التالي : الشروط التجريبية وسط هوائي وسط لا هوائي وسط لا هوائي فقير جدا من O2 المدة 9 أيام - 19 يوم - 3 -أشهر تركيز السكر في الوسط ( (% 5 5 5 حجم المحلول ( ملل ) 3000 3000 3000 كمية السكر في بداية التجربة ( غ ) 150 150 150 كمية السكر المستهلكة ( غ ) 150 145.5 45 كتلة الخميرة المتشكلة ( غ ) 1.970 1.368 0.255 النسبة بين الجميرة المتشكلة و كمية السكر المستهلكة 0.013 0.0094 0.0056 نستنتج من تحليل الجدول مايلي : * أن خلايا خميرة الجعة تعيش حياة هوائية وحياة لاهوائية (إختيارية). * تستعمل خلايا الخميرة السكر في الوسطين الهوائي واللاهوائي غير أن كمية السكر المستهلكة في الوسط الهوائي تكون أكبر. * هناك تناسبًا طرديًا بين كمية السكر المستهلة ونمو خلايا الخميرة. * يكون نموالخميرة كبيرًا في وجود الأوكسجين. - سبق أن درست خلال السنة الثانية ثانوي ظاهرتي التنفس والتخمر. وإليك فيمايلي المعادلة الإجمالية لتفكيك جزيئة غلوكوز أثناء التنفس والتخمر: المعادلة الإجمالية للتخمر المعادلة الإجمالية للتنفس طاقة طاقة نستطيع من خلال نتائج تجربة باستور و المعادلتين الإجماليتين السابقتين، التوصل إلى المقارنة التالية بين التنفس والتخمر، (أنظر الجدول المقابل) الـتـخـمـر التـنـفـس تفكيك جزئي لمادة الإيض - تفكيك كلي لمادة الإيض - كمية الطاقة الناتجة كبيرة -كمية الطاقة الناتجة قليلة - الطاقة الكامنة في النواتج CO2+H2O=صفر -الطاقة الكامنة في جزيئة الإيثانول = 1360 كيلوجول نتيجة: كلما إزدادت درجة تفكيك مادة الإيض كلما إزدادت كمية الطاقة الناتجة. 2- مـقـر الـتـنـفـس : لإظهار مقر ظاهرة التنفس نعتمد على الأدلة التالية : ا)- نفحص صور ورسومات تخطيطية بالمجهر الإلكتروني لخميرة الجعة في وسط هوائي ووسط لاهوائي. (الشكلين 1 ، 2) ف = فجوة د = قطرات دسم. ن = نواة م = ميتوكوندريا. ش = شبكة. شكل – 1 –2 - يتضح لنا من فحص الصور المجهرية أنّ : خلايا الخميرة في الوسط الهوائي تحتوي على ميتوكوندريا نامية (م)، وخلايا الخميرة في الوسط اللاهوائي تحتوي على ميتوكوندريا غير نامية. ومنه نستنتج أن التنفس مرتبط بتواجد عنيات خلوية هي الميتوكندريا. ب - أخضر جانوس ملون حيوي يوجد بشكلين. أخضر مؤكسد. عديم اللون مرجع. يظهر الفحص المجهري الخلايا الحية المعالجة بأخضر جانوس زوال لون هذا الأخير في كل أجزاء الخلية ماعدا في مستوى بعض العضيات التي تدعى الميتوكوندريا فهذه العضيات لها دور في الأكسدة الخلوية. شكل (3) ج - يبيّن الفحص المقارن للعديد من الخلايا وجود علاقة شديدة بين النشاط الفيسيولجي للخلايا وتواجد الميتوكوندريا. فالمتوكوندريا في الخلايا النشطة (نقل، إفراز ...) تكون : - بأعداد كثيرة. - ذات أعراف نامية وكثيرة. - بأحجام كبيرة. د - يمكن للميتوكوندريا المعزولة بطريقة التثفيل التفاضلي والموضوعة في وسط ملائم في درجة حرارة منخفضة القيام بالتفاعلات المميزة للتنفس : - إستهلاك المادة العضوية. - إمتصاص الأوكسجين. - طرح CO2. شكل –3 -خلية كبد فأر تظهر فيها الميتوكوندرية نتيجة : تتم عملية التنفس ( الأكسدة الخلوية ) في الميتوكوندريا. مافوق بنية الميتوكوندريا : الميتوكوندريا هي عضيات مجوّفة تظهر بشكل خيوط أوحبيبات يتراوح طولها مابين 1 - 10 . كما يبلغ قطرها 1 تحاط الميتوكوندريا بغلاف يتكوّن من غشائين بلاسميين أحدهما خارجي أملس، والآخر داخلي بينهمامسافة. الشكل : 5 يرسل الغشاء الداخلي في المادة الأساسية أعرافا عرضية ( متعامدة علىالمحور الكبير المعضية ) وتزداد نموًا حسب نشاطها الفيزيولوجي. كما يظهر الفحص الدقيق أن كل عرف توجد عليه كريات مدنبة. تتكون كل كرية مدنبة من قاعدة ، وعنق ورأس كروي. الشكلين - 6،7 – يشغل الحيز الداخلي للميتوكوندريا مادة أساسية هي الحشوة Stroma. التحليل الكيميائي للمتوكوندريا : سمحت طريقة التثفيل التفاضلي وإستخدام المديبات التي تحلّل الغشاء الخارجي من عزل مكوّنات الميتوكوندريا وهذا ماجعل التحليل الكيميائي ممكنا. والجدول التالي يوضح التحليل الكيميائي لتلك المكونات : الغشاء الخارجي - 40% دسم، 60% بروتينات. - تركيب مماثل للغشاء الهيولي. الغشاء الداخلي - تركيب مخالف للغشاء الخارجي. - غني جدًا بالبروتينات (80%)، دسم (20%) - بروتينات متنوعة جدًا، انزيمات الأكسدة والإرجاع، ونواقل e- ، H+، انزيمات مركبة للطاقة SynthetaseATP المادة الأساسية (الحشوة ) - لايوجد بها سكر عنب. - تحتوي على جزيئات كربونية صغيرة (حمض البيرونيك أستيل مرافق الانزيم -ا-، أحماض أمينية مشتقات أحماض دسمة ...) - تحتوي على الإنزيمات النازعة للهيدروجين، والإنزيمات النازعة ل CO2. -تحتوي على نواقل الإلكترونات والبروتونات (مثال : NAD+ ، FAD+) - وتحتوي على ATP و ADP، Pi . . . جدول يمثل نتائج التحليل الكيميائي للميتوكوندريا. وفيما يلي رسما تخطيطيا يوضح مقارنة بين تركيب الغشاء الخارجي، والداخلي للميتوكوندريا. شكل -7-1 هل ميتوكوندريا تستعمل مباشرة سكر العنب ؟ للإجابة عن ذلك نقوم بالتجربة التالية : ندخل في جهاز تجريبي ميتوكوندريا مستخلصة من خلايا حيوانية بتقنية الطرد المركزي والموضوعة في محلول منظم (موقي) مناسب، يسمح هذا الجهاز بإظهار إمتصاص غاز الأوكسجين في الوسط بدلالة الزمن = الشكل – 8 – الجهاز المخبري - في الزمن ( ز1 ) : نضيف كمية فليلة من سكر العنب ( الغلوكوز ) في الوسط المنظم. - في الزمن ( ز1 ) نضيف كمية من حمض البيروفيك. النتائج المحصل عليها مدونة في منحنى الشكل ( 9 ) الزمن بالدقائق ز2 ز1 0 1 5 نسبة الأكسجين ب مع/ل شكل - 9 - عند تحليلنا للمنحنى نلاحظ : 0 ز1 : تناقص طفيف في تسبة الأكسجين في الوسط رغم توفر سكر العنب بدءًا من ز2 : هناك تناقص معتبر في نسبة الأكسجين في الوسط. نستنتج من تحليل هذه النتائج أنّ الميتوكوندريالا تستعمل مباشرة سكر العنب، بل تستعمل حمض البيروفيك كمادة أيض. 3- مَرَاحِلٌ التـَنـفـس : أظهر إستعمال الغلوكور الموسوم بالكربون المشع ( c14 ) أن الغلوكوز بعد دخوله في الهيولة الأساسية لخلية إمّا أن : * يخزن على شكل جزيئات ضخمة ( غليكوجين، خاصة في الخلايا الحيوانية أو نشاء في العديد من الخلايا النباتية ) * أو يفكك بسرعة إلى حمض البيروفيك أثناء تفاعلات كميائية تسمّى التحلّل السّكري و حمض البيروفيك بدوره إمّا أن يتفكك ضمن الهيولة الأساسية أثناء تفاعلات التخمر أو يدخل ضمن الميتوكوندريا ليتحّول أثناء تفاعلات التنفس. و الشكل - 10 - الموالي يلخص ذلك. التحـّلل الـسـكـري : تتمّ عملية التحلّل السكري في الهيولة الأساسية حيث تتحول جزيئة الغلوكوز إلى جزيئتين من حمض البيروفيك كما في المخطط ( شكل - 11 . يمر التحلل السكري بسلسلة من التفاعلات يمكن إختصارها فيما يلي : أنزيم -تفكك جزيئات من ATP لتوفير جزيئتين من حمض الفوسفورH3PO4كما في المعادلة التالية :
يفسر الغلوكوز بتثبيت حمض الفوسفور (Pi) الناتج عن إماهة ال ATP متحولا إلى غلوكوز -6- فوسفات (الفسفرة شرط أساسي لتحليل الغلوكوز داخل الخلية). كما في المعادلة التالية : غلوكوز غلوكوز-6- فوسفات ثم يفسفر الغلوكوز -6- فوسفات ويتحوّل إلى فركتوز 1-6 ثنائي فوسفات كمافي المعادلة التالية : أنزيم حمض فوسفور غلوكوز 2 حمض البيروفيك محول سكر ثلاثي دي هيدروكسي أسيتون فوسفات سكر ثلاثي فوسفوغليسر ألدهيد فوسفات–فركتوز 1-2 غلوكوز-6- فوسفات شكل -11- مخطط التحلّل السّكري +غلوكوز - 6- فوسفات ATPـــــــ+ فركتوز 1- 6 ثنائي الفوسفاتADP أنزيم ينشطر الفركتوز -1-6 ثنائي فوسفات إلى جزيئتين من السكر الثلاثي، الأول عبارة عن ألدهيد = ( فوسفور غليسرألدهيد ). والثاني عبارة عن كيتون ( دي هيدروكسي أسيتون فوسفات إلى ألدهيد. يتأكسد الفوسفو غليسر ألدهيد إلى حمض البيروفيك : ويتطلب ذلك مادة مؤكسدة تتمثل في مركب NAD+ ( نيكوتين أميد أدنين ثنائي النوكليوتيد ) ويرافق ذلك فسفرة جزيئتين من ADP كما في المعادلة التالية : فوسفوغليسر ألدهيد حمض البيروفيك تتمّ مختلف التفاعلات السابقة في الهيولى الأساسية وفي غياب الأوكسجين. فالتحلل السكري هو ظاهرة لاهوائية. تتمثل نواتج التحلل السكري في المعادلة التالية : غلوكوز حمض البيروفيك التأكسدات التنفسية : يدخل حمض البيروفيك داخل الميتوكوندريا. يتحوّل حمض البيروفيك بعد أكسدته بواسطة مركب NAD+ وفقده ل CO2 بواسطة مركب نازعات الكربون إلى أستيل. يرتبط الأستيل بمرافق الأنزيم أ معطيا أستيل مرافق الأنزيم أ ( C2 )، يتشكل خلال هذه العملية NADH.H+1. كما في المعادلة التالية : أسيتيل مرافق إنزيم - أ - يتحد الأستيل مرافق الانزيم أ ( C2 ) مع حمض أوكزالوأستيك ( C4 )، فيتشكل مركب سداسي الكربون ( C6 ) هو حمض الليمون. يتفكك حمض الليمون تدريجيا بنزع ( H+ ) ( CO2 ) لينتهي في الأخير بتحديد حمض الأكزالوأستيك ( C4 ) وفق سلسلة من التفاعلات الكيميائية تعرف بحلقة كريبس كما في المخطط التالي الذي يوضح ذلك. أنظر الشكل -12- الملاحظة :GTP1 = ATP1 يتشكل أثناء حلقة كريبس H2NADH3 ، H2FADH3 ، GTP1 تتم حلقة كريبس داخل المادة الأساسية الميتوكوندريا. غلوكوز حمض الأوكزالوأسيتيك حمض بيروفيك حلقة كريبس حمض الليمون أسيتيل مرافق أنزيم أ تحلل سكري مرافق الأنزيم أ شكل –12 – حلقة كريبس - الفسفرة التأكسدية : أنزيم ينتج عن التحلّل السكري و حلقة كريبس كما رأينا مركبات مرجعة (TH2 ) تتمثل في NADH.H+، H2FAD ، يتفكك الهيدروجين هذه النواقل إلئ بروتونات ( H+ ) والكترونك (e- ) وذلك بتأثير انزيمات نوعية متوضعة ضمن الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. كما في المعادلة التالية : تنتقل الإلكترونات (e- ) عن طريق سلسلة من النواقل متزايدة الكمون متوضعة في نفس الغلاف تعرف بالسلسلة التنفسية، وهي تحتوي على عدد كبير من البروتينات تختصر عدة في سبعة (7) نواقل. أما البروتونات ( H+ ) فتتحرّر ضمن المادة الأساسية. يصاحب إنتقال الإلكترونات عبر السلسلة التنفسية تحرير للطاقة. تسمح هذه الطاقة للبروتونات بالعبور من المادة الأساسية إلى المسافة بين الغشائية ( الفراغ بين الغشاء الخارجي ةالغشاء الداخلي ). حيث تتراكم البروتونات ويصبح تركيزها 10000 x أكثر من المادة الأساسية يمكن للبروتونات العودة من جديد إلى المادة الأساسية عن طريق الكريات المذنبة، يرافق هذا التدفق للبروتونات تحرير طاقة تسمح بفسفرة ال ADP إلى ATP ضمن المادة الأساسية، كما في المعادلة التالية : طاقة فالكريات المذنبة هي معقد أنزيمي يتكوّن من جزئين الأوّل مسؤول عن تكوين ال ATP والثاني مسؤول عن إدخال البروتونات. فالكريات المدنبة هي أنزيم تركيب ال ATP تستقبل الإلكترونات في نهاية السلسلة التنفسية (نواقل e- ) من طرف الأوكسجين حيث يقوم آخر ناقل (Cytochrome - Oxydose ) بدور أنزيم مرجع للأوكسجين. يتحد الأوكسجين المرجع مع البروتونات المتواجدة ضمن المادة الأساسية لتشكيل الماء كما في المعادلة التالية : أنزيم يتضح مما سبق أن هناك علاقة بين بنية أغشية الميتوكوندريا ووظائفها. كما هو موضح في الشكل 13 يتبين لنا مما سبق وجود علاقة وظيفية أي مزاوجة بين الظواهر التأكسدية وفسفرة ال ADP إلى ATP بالإضافة إلى تدخل الأوكسجين في نهاية المرحلة، وعليه تسمى مجموع الظواهر التي تحدث في مستوى الغشاء الداخلي للميتوكوندريا بالفسفرة التأكسدية. أنزيم مسافة بين غشائين مادة أساسية غشاء خارجي هيولى أساسية شكل - 13 - ما فوق بنية الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ووظيفته. ( السلسلة التنفسية ) العلاقة بين حلقة كريبس والفسفرة التأكسدية : توجد علاقة شديدة بين حلقة كريبس والفسفرة التأكسدية فالمركبات المرجعة(NADH.H+، H2FAD ) أثناء حلقة كريبس تتأكسد أثناء الفسفرة التأكسدية. تتحد البروتونات والإلكترونات المحرّرة مع الأكسجين الممتص من الجو، ليتشكل الماء، ويطرح .خلال. حلقة كريبس غاز CO2 الناتج من تفكيك المركبات الداخلة في الحلقة.فهناك إذن طرح ل CO2 ، وإمتصاص ل O2 من طرف الخلية وهذا ما يعرف بالتنفس الخلوي. إن الحصيلة النهائية للتنفس هي إنتاج جزيئات ال ATP إنطلاقا من جزيئات غذائية ( مثل الغلوكوز ) فالتنفس هو مصدر للطاقة. أنظر الشكل 14. غليكوجين ماء تحلل سكري حلقة كريبس فسفرة تأكسدية [IMG]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image160.gif[/IMG] غلوكوز نشاء شكل 14 للتنفس الخلوي - المعادلة الإجمالية للتنفس : ينتج خلال أكسدة جزيئة غلوكوز واحدة مرورًا بالتحلّل السكري ويتحول حمض البيروفيك إلى أستيل مرافق الأنزيم أو حلقة كريبس : تعطي هذه المركبات عند أكسدتها : تتحد الإلكترونات مع الأوكسجين يرتبط الأوكسجين المرجع مع البروتونات للتنفس هي : نستنتج أن المعادلة الإجمالية للتنفس هي: طاقة أظهر إستعمال مواد الأيض الموسومة بعناصر مشعة أنّ الخلية تستعمل أثناء التنفس الخلوي مواد عديدة : * سكريات : وخاصة سكر العنب. * دسم : الحموض الدسمة والغليسسرول. * بروتيدات : الحموض الأمينية تنتج المواد السابقة ‘مّا بشكل مباشر أو غير مباشر الأستيل مرافق الأنزيم وبالتالي تدخل في حلقة كريبس. انظر الشكل الموالي 15. المواد الغدائية سكريات دسم الهضم حمض بيروفيك أ – أستيل مرافق الأنزيم غشاء هيولي هيولى أساسية ميتوكوندريا عرف فسفرة تأكسدية مادة أساسية تحلل سكري حموض دسمة غلوكوز حموض آمينية حلقة كريبس بروتينات شكل -15- الأماكن الوظيفية للتنفس الخلوي 4-الـتـخـمـر : يتمّ التخمر في مستوى الهيولى الأساسية. و أوّل مرحلة لجميع التخمرات تتمثل في التحلّل السكري، حيث يتفكك الغلوكوز إلى جزيئتين من حمض البيروفيك وتتشكل جزيئتين من ال ATP كما في المعادلة التالية : حمض بيروفيك يتفكك حمض البيروفيك بدوره إلى مركبات عضوية متنوعة تبعا لتنوع العضويات. أ - التخمر الكحولي : حالة الخميرة : تلجأ خميرة الجعة للتخمر الكحولي عندما يكون الوسط فقيرًا من الأوكسجين. تحتوي الخميرة على أنزيم نازعات غاز CO2 ، بتأثير هذا الأنزيم، يفقد حمض البيروفيك CO2 ويتحوّل إلى الدهيد خلي أسيتا ألدهيد كما المعادلة التالية : حمض بيروفيك أسيتا ألدهيد مرجع الأسيتا الدهيد بواسطة هيدروجين NADH.H+ المتشكل خلال التحلّل السكري. وتتحول إلى كحول ايثيلي (إيثانول) كما في المعادلة التالية : أسيتا ألدهيد كحول إيثيلي ينتج عن التخمر الكحولي : ATP2 + 2 كحول ايثيلي، وبذلك تصبح المعادلة الإجمالية للتخمر الكحولي : كحول إيثيلي طـاقـة غلوكوز ب - حالة التخمر اللبني : حالة الليف العضلي المخطط : عندما تكون كمية الأوكسجين كافية، فإن حمض البيروفيك الناتج عن التحلل السكري ينتقل إلى الميتوكوندريا ويدخل في تفاعلات الأكسدة التنفسية. يوفر الأوكسجين بواسطة الخضاب العضلي الذي يمثل مخزنًا هامًا للأوكسجين الذي يتجدد انطلاقا من أوكسجين الدم. تستهلك الألياف العضلية بعد مجهود عضلي مكثف، كل الأوكسجين المتوفر لها، وعندها يلجأ الليف العضلي إلى التخمر اللبني، حيث يرجع حمض البيروفيك بواسطة هيدروجين NADH.H+ويتحوّل إلى حمض لبن كما في المعادلة التالية : حمض بيروفيك حمض اللبن تتناسب كمية حمض اللبن الناتجة مع كمية الأوكسجين التي يحتاجها الليف العضلي لتفكيك جزيئة الغلوكوز كليا. وبعد المجهود العضلي يتأكسد جزء من حمض اللبن ليتحوّل من جديد إلى حمض بيروفيك والجزء الآخر يتحوّل إلى غليكوجين في مستوى الكبد. نستنتج مما سبق المعادلة الإجمالية للتخمر اللبني : طـاقـة غلوكوز حمض اللبن 5-الحصيلة الطاقوية و المردود الطاقوي لعمليتي التخمر والتنفس: 5-1-الحصيلة الطاقوية للتنفس: إذا علمنا أنّ : * أكسدة جزيئة من NADH.H+ يحرّر كمية من البروتونات تسمح في مستوى الكريات المدنبة بتشكيل 3 جزيئات ATP . * أكسدة جزيئة واحدة من FADH2 تسمح بتشكيل 2ATP . * وأن GTP1 يعادل ATP1. يمكننا حساب عدد جزيئات ال ATP الناتجة من تفكيك جزيئة غلوكوز واحدة كما في المخطط التالي : التحلل السكري تحول حمض البيروفيك إلى أستيل مرافق الأنزيم أ حلقة كريبس = ومنه نستنتج أنه أثناء التنفس تنتج جزيئة واحدة من الغلوكوز = ATP38 5-2-الحصيلة الطّاقوية للتخمر : أثناء التخمر تنتج جزيئة واحدة من الغلوكوز ATP2. 5-2-1-المردود الطاقوي للتنفس : إذا علمنا أنّ : - إماهة 1 مول من ال ATP يحرّر طاقة = 30.5 كيلوجول. - وأن الطاقة الكامنة في جزيئة غلوكوز واحدة = 2860 كيلوجول / مول. - وأن جزيئة غلوكوز واحدة تحرّر أثناء التنفس ATP38. يمكننا إذن حساب المردود الطاقوي للتنفس : 38 x 30.5 = 11.59 كيلوجول ( طاقة مسترجعة ). النسبة المئوية للمردود الطاقوي تكون نسبة الضياع الطاقوي إذن : 100 - 40.5 = 59.5 %. 5-2-2-المردود الطاقوي للتخمّر : ينتج خلال التخمر ATP2 فكمية الطاقة المسترجعة : 30.5 x 2 = 61 كيلو جول. المردود الطاقوي : تكون نسبة الضياع الطاقوي : 100 - 2.1 = 97.9 % إذا علمنا أن الطاقة الكامنة في جزيئة الكحول الإيثيلي وحمض اللبن هي 1360 كيلوجول يصبح الضياع الطاقوي ( 28 % يضيع على شكل حرارة، 95.1 % طاقة كامنة في جزيئتين من الكحول الإيثيلي أو حمض اللبن ). خلاصة : إنّ التنفس والتخمر هما ظاهرتان طاقويتان. تنتج الطاقة المحرّرة أثناء التنفس والتخمّر من تفكيك مادة الأيض ( الغلوكوز ) حيث تحرّر الطاقة الكيميائية الكامنة وتخزن في مركب ال ATP. - يكون تفكيك مادة الأيض كلي أثناء التنفس وجزئي أثناء التخمر. - كلما زادت درجة تفكيك مادة الأيض ازدادت كمية الطاقة الناتجة. - يحدث التنفس داخل الميتوكوندريا في وجود الأوكسجين، أما التخمّر الكحولي أو اللبني فيحدث في الهيولى الأساسية في غياب الأوكسجين. 6-أسئلة التصحيح الذاتي : I - تمثل الوثيقة (I) خلية الخميرة (فطر مجهري). شوهدت بالمجهر الإلكتروني. 1 - عرف العناصر 1 ، 2 ، 3 . 2 -علمًا أن البنية الخلوية للخميرة تتغيّر حسب الوسط الذي تتواجد فيه هوائيا أو لا هوائيًا. فماهو الوسط الذي أخذت منه الخلية الممثلة في الوثيقة (I) ؟ علّل إجابتك. (II) - نجري التجربة التالية لغرض دراسة استهلاك خلية الخميرة لسكر العنب ( الغلوكوز ) في وجود الأوكسجين. بعد تعريض معلق خميرة الخبز لتهوية قصوى لمدة 24 ساعة، المدة الكافية لإستهلاك كافة الأغذية العضوية في الوسط وجزء من الغلوكوجين المدخر فيها. وضع هذا المعلق في حيز مغلق. نعاير كمية الأوكسجين الممتص في غياب سكر العنب تمّ في وجوده بتراكيز مختلفة، والوثيقة (II) تمثل النتائج المحصل عليها : 1) - حلّل هذه الوثيقة. 2) - كيف يمكنك تفسير هذه النتائج. 3)- إن هذه النتائج مرتبطة بوظيفة العنصر3 للوثيقة (I) التي هي مقر ظاهرة بيولوجية أساسية.الوثيقة (II) ماهي هذه الظاهرة ؟ وماهي أهميتها بالنسبة للخلية ؟ السؤال الثاني : أ : بعد عزل الميتوكوندريا، أخضعت لعملية تجزئة بواسطة أمواج فوق صوتية، أدى ذلك إلى تشكيل حويضلات ذات كريات مذنبة، عولجت بعد ذلك هذه الحويصلات بواسطة التربسين، والنتائج المحصل عليها ممثلة في الوثيقة (I). ماهي المعلومات التي تفيدنا بها هذه التجلربة فيما يخص مقر تركيب ال ATP ؟ ب : وضعت الحويصلات الناتجة عن تجزئة الميتوكوندريا في محاليل لها درجات حموضة (PH) مختلفة ( الوثيقة II ). الحالة الأولى : درجة حموضة المحلول الخارجي (PHe) أعلى من درجة حموضة المحلول الداخلي للحمويصلة (PHi) تتم فسفرة ال ADP . الحالة الثانية : درجة حموضة المحلول (PHe) تكون مساوية لدرجة حموضة المحلول (PHi) ، لاتتم فسفرة ال ADP. ومن جهة أخلرى نعرف عن مادة الينتروفينول (DNP) تجعل غشاء الميتوكوندريا نفوذًا للبروتونات وفي وجودها يتم نقل الكترونات النواقل بصورة (Pi) : فوسفور لاعضوي عادية بينما لاتحدث فسفرة ال (ADP). - ماهي المعلومات الدقيقة التي تستخرجها من هذه التجارب عن الآلية الطاقوية التي تحدث على مستوى غشاء الميتوكوندريا ؟ اشرح ذلك. السؤال الثالث : نصب في أنبوب اختبار كمية من وسط مغذي يحتوي على مادة الجيلاتين (عامل تصلب) وغلوكوز بنسبة 12 % ( عامل مغذي ) وبعد تصلبه نغرس فيه وبشكل عمودي إبرة تشريح سبق غطسها في معلق فطر الخميرة، تم نضع الأنبوب في مكان درجة حرارته 36°م وبعد مضي 48 ساعة تحصلنا على النتائج التالية. الفحص بالمجهر الإلكتروني لخلايا الفطر النامي في المنطقتين (س ، ص) أظهر الشكلين التالين. 1 - ماهي الظروف السائدة في المنطقتين (س ، ص) ؟ علّل إجابتك ؟ 2 - اعتمادًا على الجواب السابق وكثافة النمو الفطري الحادث على طول خط الزرع، ماهي المعلومات التي تستنتجها. بخصوص فطر الخميرة ؟ علل إجابتك. أثبت التحليل الكيميائي بأن النمو الفطري صاحبه تشكل مادة كيميائية مميزة، و الجدول التالي يتضمن كميتها بدلالة عمق الوسط المغذي. 3 - مثل هذه النتائج بيانيا. 4 - ماذا تستنتجه بعد تحليلك للمنحنى ؟ 5 - تعرّف على المادة المتشكلة، واكتب صيغتها الكيميائية. 6 - لخص أهم التحولات التي يتعرّض لها الغلوكوز في مستوى العنصر (ب) و التي أدّت إلى تشكل هذه المادة. 7- أجوبة التصحيح الذاتي : الجواب الأول : I- 1- تعريف العناصر : 1 - هيولى أساسية. 2 - نواة. 3 - ميتوكوندريا. 2 - الوسط هوائي ( توفر الأوكسجين ). التعليل : وجود ميتوكوندريا نامية. II - 1 - تحليل الوثيقة : كمية الأوكسجين تتناقص مع إزدياد تركيز الغلوكوز في الوسط. 2 - التفسير : في عدم وجود الغلوكوز تستعمل الخميرة مدخراتها وعند وجود الغلوكوز في الوسط فإنه يمثل المصدر الطاقوي للخميرة. 3 - الظاهرة البيولوجية هي التنفس. أهمية التنفس : هو مصدر للطاقة ( انتاج ال ATP ) الجواب الثاني : أ - إن مقر تركيب ال ATP هو الكريات المذنبة الموجودة على أعراف الميتوكوندريا. ب - تتطلب فسفرة ال ADP فرقا في درجة الحموضة (PH) بين الوسط الداخلي و الفراغ البيني للميتوكوندريا ( بين الغشاء الداخلي و الغشاء الخارجي ). - هذا الفرق في (PH) هو نتيجة للتركيز المختلف للبروتونات بين الوسطين. - وتواجد ال ADP يوفق هذا التدرج في تركيز البروتونات. - في الظروف العادية تتم فسفرة ال ADP بواسطة البروتونات المتدفقة عبر الكريات المذنبة (ATPase ). الجواب الثالث : 1 - في المنطقة (س) : الظروف هوائية. - في المنطقة (ص) : الظروف لاهوائية. التعليل : تطور الميتوكونريا في الشكل (1) و عدم تطورها في الشكل (2). 2 - فطر الخميرة كائن إختياري ( هوائي ولاهوائي ). التعليل : بالرغم من أن الظروف تصبح لاهوائية كلما تعمقنا في خط الزرع، غير أن كثافة النمو الفطري متماثل على طول خط الزرع. 3 - كمية المادة ( ملغ ) العمق ( سم) المنحنى 4 - تتوقف كمية المادة المتشكلة على عمق الوسط المغذي، بحيث تزداد كميّتها بزيادة العمق. 5 - المادة هي : الإيثانول ( الكحول الإيثيلي ) CH3-CH2OH. 6 - غلوكوز 2 حمض بيروفيك 2 إيثانول + CO2 2 + طاقة. مواضيع ذات صلة :
المصدر: منتديات حلم عابر اكبر موقع تطبيقات للجوال - من قسم: ملتقى الطلاب والطالبات hglh]m hguq,dm |
| |
| العبارات الدلالية |
| العضوية, المادة |
| أدوات الموضوع | |
| |
