الكشف عن الظواهر المسؤولة عن تحرير الطاقة و موقعها: دروس مادة علوم الحياة و الارض الثانية باك
الوحدة الاولى: استهلاك المادة و تدفق الطاقة
الفصل الاول: التفاعلات المسؤولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية
شرح بالفيديو: الكشف عن الظواهر المسؤولة عن تحرير الطاقة و موقعهاملخص الدرس:
تحتاج جميع الخلايا الى طاقة تمكنها من القيام بمختلف الأنشطة الخلوية، هذه الطاقة يتم استخلاصها من المادة العضوية من خلال ظواهر إستقلابية مختلفة.
-
ما هي إذن هذه الظواهر الإستقلابية التي توفر الطاقة للخلايا ؟ و ما هو موقعها ؟
معطيات تجريبية : تم تحضير محلول يضم خلايا خميرة عالقة. وُضعت عينة من هذا المحلول داخل مُفاعل حَيَوي لِعُدة ExAO بهدف قياس تغير تركيز الأكسجين (O2) و ثنائي أوكسيد الكربون (CO2)، وذلك قبل وبعد إضافة الكليكوز. نشير الى أن هذا الوسط يفتقر لمواد القيت، كما أنه مزود بالأكسجين. توضح الوثيقة أسفله، العدة التجريبية والنتائج المحصل عليها.
قبل إضافة الكليكوز لمحلول الخميرة، بقي تركيز كل من الأكسجين وثنائي أوكسيد الكربون مستقرا. بعد إضافة الكليكوز للمحلول، عرف تركيز الأكسجين، من جهة، إنخفاضا تدريجيا، ليستقر بعد ذلك في قيمة تقارب 70µmol/L. من جهة أخرى، عرف تركيز ثنائي أوكسيد الكربون ارتفاعا تدريجيا، ليعرف بدوره استقرارا في قيمة 200µmol/L.
إن انخفاض تركيز الأكسجين مباشرة بعد إضافة الكليكوز لمحلول الخميرة، يدل على أن خلايا هذه الأخيرة استهلكته أثناء هدمها للكليكوز، الذي يعتبر مصدر طاقة لها. كما أن ارتفاع تركيز ثنائي أوكسيد الكربون بعد إضافة الكليكوز، يؤشر على أن خلايا الخميرة، قامت بطرحه نتيجة هذه التفاعلات. استقرار تراكيز الأكسجين وثنائي أوكسيد الكربون يُفسر بهدم خلايا الخميرة للكليكوز كُليا.
- نستنتج من هذه المعطيات، على أن خلايا الخميرة تقوم باستهلاك الأكسجين وطرح ثنائي أوكسيد الكربون خلال هدمها للكليكوز، إنها ظاهرة التنفس الخلوي.
معطيات تجريبية : قصد دراسة سلوك خلايا الخميرة تُجاه المواد العضوية في غياب الأكسجين، تم تحضير محلول لخلايا الخميرة، أُضِيف له الكليكوز في إناء مغلق (وسط يفتقر للأكسجين). استُعملت عُدة ExAO لقياس تغير تراكيز الأكسجين وثنائي أوكسيد الكربون والكحول الإيتيلي (الإيتانول). تُمثل الوثيقة أسفله، العدة التجريبية والنتائج المحصل عليها.
في بداية التجربة، كان الوسط يتوفر على نسبة ضعيفة من الأكسجين، لكنه انخفض تدريجيا الى أن انعدم بعد حوالي 200s. بالموازاة مع ذلك، كان هناك ارتفاع لنسبة ثنائي أوكسيد الكربون طيلة التجربة، ثم ظهور الإيتانول في الوسط ابتداءا من الثانية 200 من بداية التجربة.
استهلاك الأكسجين في بداية التجربة يدل على أن خلايا الخميرة اعتمدت على ظاهرة التنفس الخلوي لهدم الكليكوز. لكن مباشرة بعد اختفاء الأكسجين في الوسط، بدأت خلايا الخميرة في طرح الإيتانول، واستمرت في طرح ثنائي أوكسيد الكربون، كنتيجة لتفاعلات تحدث في غياب الأكسجين، إنها ظاهرة التخمر.
- يتبين من خلال المعطيات السابقة أن ظاهرة التخمر توفر الطاقة الضرورية لخلايا الخميرة على الرغم من غياب الأكسجين في الوسط، كما ينتج عنها كحول إيتيلي وثنائي أوكسيد الكربون، فيسمى هذا التخمر، تخمرا كحوليا.
-
موقع التنفس و التخمر
يمثل الشكل التالي مواقع حدوث مختلف التفاعلات الإستقلابية على مستوى الخلية، في وجود وغياب الأكسجين.
يتعرض الكليكوز على مستوى الخلايا، لمجموعة من التفاعلات، تنتهي بتحرير الطاقة الكامنة على مستواها. أولى هذه التفاعلات هي ظاهرة مشتركة بين التنفس والتخمر، تحدث على مستوى الجبلة الشفافة، بوجود الأكسجين أو غيابه، وهي عملية انحلال الكليكوز التي ينتج عنها مركب يسمى حمض البيروفيك. هذا الأخير سيعرف مصيرين مختلفين باختلاف ظروف الوسط. فَبِوُجود الأكسجين سينتقل هذا المركب الى عُضَي يسمى الميتوكندري حيث تحدث ظاهرة التنفس الخلوي. بينما في غياب الأكسجين، يبقى هذا المركب في الجبلة الشفافة، حيث يتعرض لظاهرة التخمر.
شرح اهم المصطلاحات:
- التنفس الخلوي: عبارة عن تفاعلات حي هوائية (تحدث بوجود الأكسجين)، تتم على مستوى الميتوكندري، و يتم من خلالها إنتاج الطاقة على شكل جزيئات ATP.
- الجبلة الشفافة: هو السائل المكون لخلايا الكائنات الحية و الذي تسبح داخله العضيات السيتوبلازمية. تشكل الجبلة الشفافة إضافة إلى العضيات السيتوبلازمية للخلايا، ما يعرف بالسيتوبلازم.
- تخمر: يتجلى في تفاعلات حي لاهوائية (تحدث في غياب الأكسجين)، تتم على مستوى الجبلة الشفافة للخلايا، و يهدف إلى إنتاج طاقة على شكل جزيئات ATP.