tamer

 تقديم:

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

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

1 ـ تجربة:

خميرة البيرة فطر مجهري وحيد الخلية يمكن أن يعيش في وسط غني بالأكسجين ( وسط حيهوائي) و وسط يفتقر للأكسجين ( وسط حيلاهوائي)

ـ توضع الخميرة في وسط غني بالأكسجين يحتوي على الكليكوز فيلاحظ  بعد مرور يوم أن  عدد الخمائر تضاعف كثيرا مع انخفاض كميتي الكليكوز و الأكسجين و ارتفاع كميتي CO₂ و H₂O في الوسط و تبين الملاحظة المجهرية أن خلايا الخمائر غنية بعضيات خلوية تسمى الميتوكوندريات .الشكل 1

 توضع الخميرة في وسط يفتقر للأكسجين يحتوي على الكليكوز  فيلاحظ  بعد مرور يوم أن  عدد الخمائر زاد نسبيا مع انخفاض كمية الكليكوز و ارتفاع كمية CO₂ مع تكون كحول الاثانول C₂H₅OH في الوسط و تبين الملاحظة المجهرية أن خلايا الخمائر تحتوي على عدد ضئيل من الميتوكوندريات . الشكل 2

2 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 و طرح CO₂ و H₂O مع إنتاج طاقة مهمة استعملت في التكاثر الكبير للخلايا و هذا ما يعرف بالتنفس و يتطلب تدخل الميتوكوندريات.

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

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

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

3 ـ تجربة:

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

4 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.

5 ـ استنتاج:

الميتوكوندريات تستعمل حمض البيروفيك بوجود الأكسجين و لا تستعمل الكليكوز مباشرة.

6 ـ خلاصة:

يتعرض مستقلب الكليكوز إلى تفككين :

ـ الأول خارج الميتوكوندري على مستوى الجبلة الشفافة و لا يحتاج إلى الأكسجين  و يسمى انحلال الكليكوز glycolyse

ـ الثاني  على مستوى الميتوكوندري و يحتاج إلى الأكسجين و يسمى التأكسدات التنفسية و يعتبر حمض البيروفيك هو المستقلب الذي يتعرض للتأكسدات التنفسية.

 II / مراحل انحلال الكليكوز:

1 ـ داخل الجبلة الشفافة:

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

التفاعل الإجمالي لانحلال الكليكوز:

C₆H₁₂O₆ + 2ADP + 2Pi + 2NAD -----------------------> 2Ac.pyruvique + 2ATP + 2NADH

2 ـ داخل الميتوكوندري:

  2 ـ 1 ـ فوق بنية الميتوكوندري:

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

انظر الوثيقة

يتميز الغشاء الداخلي بتوفره وجهه الداخلي على كرات ذات شمراخ و هي مركبات أنزيمية مسئولة عن تفسفر ADP إلى ATP .

2 ـ 2 ـ أكسدة حمض البيروفيك:

 ـ المرحلة الأولى : تكوين أستيل كوأنزيم A

الحصيلة:

2Ac.pyruvique + 2CoA + 2NAD -----------------------> 2Acetyl-CoA + 2CO₂+ 2NADH

انظر الوثيقة

 ـ المرحلة الثانية : تفاعلات حلقة KREBS

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

التفاعل الإجمالي لحلقة KREBS :

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

انظر الوثيقة1 ـ  الوثيقة2 ـ الوثيقة 3

2 ـ 3ـ السلسلة التنفسية:

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

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

انظر الوثيقة 1 ـ الوثيقة 2

 الطاقة الناتجة عن انتقال الالكترونات تعمل على إدخال ايونات ⁺H من الماتريس إلى الحيز البيغشائي ، حدوث فرق في PH بين الماتريس و الحيز البيغشائي ضروري لتدفق ايونات ⁺H على مستوى الكرات ذات شمراخ نحو الماتريس ليتم تركيب جزيئات ATP عن طريق تفسفر ADP .انظر الوثيقة

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

على مستوى الماتريس تتفاعل ايونات ⁺H مع O^2- لتعطي جزيئة الماء:

O^2-+ 2H⁺  --------------------> H₂O

الوثيقة1 ـ الوثيقة 2 ـ الوثيقة 3

ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من NADH تعطي 3ATP

ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من FADH₂ تعطي 2ATP

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 و لكن تعوض بنواقل FADH₂  باستثناء خلايا القلب و الكبد حيث تعوض بنواقل NADH .

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

جزيئة ATP

4ـ خلاصة:انظر الوثيقة

www.khayma.com/fatsvt

III / 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 و تحدث في الجبلة الشفافة. انظر الوثيقة

هناك أنواع أخرى من التخمرات كالتخمر الكحولي الذي ينتج الاثانول و التخمر 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

IV / مقارنة الحصيلة الطاقية للتنفس و التخمر:

  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).

V / 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  

 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.

www.khayma.com/fatsvt

VI / دور العضلات الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة:

العضلات الهيكلية هي كل العضلات المرتبطة بالهيكل العظمي و تمكن من القيام بالحركات عن طريق التقلص و تتميز بصفة عامة بالاهتياجية  أي القدرة على الاستجابة لعامل مهيج و القلوصية 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 علة تسجيلات تسمى رسوم تخطيطية عضلية .

1 - 2 - تحليل التسجيلات العضلية:

         أ - استجابة العضلة لاهاجة واحد