القائمة الرئيسية

الصفحات

استھلاك المادة العضویة وتدفق الطاقة

استھلاك المادة العضویة وتدفق الطاقة

مـــدخـــل عـــــام : 

تنتج النباتات الیخضوریة، المواد العضویة، من سكریات، دھنیات، وبروتیدات، بواسطة ظاھرة التركیب الضوئي. خلال المرحلة المضاءة من التركیب الضوئي، یتم تحویل الطاقة الضوئیة الملتقطة من طرف خلایا النبات، إلى طاقة كیمیائیة على شكل جزیئات ATP ( الأدینوزین ثلاثي الفوسفاط Triphosphate Adénosine) حسب التفاعل التالي : 
خلال المرحلة المظلمة، تستعمل الطاقة المخزنة في ATP في تفاعلات تركیب المواد العضویة. تستعمل الخلایا المادة العضویة لتجدید مكوناتھا من جھة، وللتزود بالطاقة اللازمة لنشاطھا من جھة أخرى. وبما أن شكل الطاقة المستعملة من طرف الخلایا الحیة ھو ATP فلابد من استخلاص الطاقة الكامنة في المواد العضویة المستھلكة لتصبح على شكل ATP ، یمكن بعد ذلك استعمالھ في مختلف الظواھر المستلزمة للطاقة، كالنقل النشیط، الحركة، والتركیبات الخلویة. 

1   ما ھي الظواھر الخلویة التي تمكن من استخلاص الطاقة على شكل ATP من المواد العضویة المستھلكة ؟ 2  كیف تستفید الخلیة من ATP المستخلص ؟ 3  كیف توظف المواد العضویة في بناء المادة الحیة ؟ 

الفصل الأول:

تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة

Ι – الكشف عن أنماط التفاعلات المسؤولة عن تحریر الطاقة الكامنة في المادة العضویة:

 .أ – التنفس ظاھرة خلویة لھدم الأغذیة: 
 a – تجربة: أنظر الوثیقة1
 b – تحلیل واستنتاج:
 قبل إضافة الكلیكوز، تكون نسبة الأوكسجین مستقرة. مباشرة بعد إضافة الكلیكوز، تنخفض نسبة الأوكسجین في الوسط. نستنتج من ھذه المعطیات أن خلایا الخمیرة تستھلك الأوكسجین لھدم الكلیكوز. نقول ادن أن خلایا الخمیرة تتنفس. 

ب – التخمر ظاھرة خلویة أخرى لھدم الأغذیة: 
a – اللبني التخمر :
  •  تجربة : أنظر الوثیقة 2.
  • تحلیل واستنتاج : بعد 15 یوما في درجة حرارة ملائمة ( C°40 ) نلاحظ انخفاض قیمة ph أي ارتفاع قیمة حمضیة الحلیب. نستنتج من ھذه الملاحظة أنھ تم ھدم الكلیكوز المكون للاكتوز، وتحولھ إلى حمض لبني lactique Acide ، وذالك في غیاب الأوكسجین. نتكلم ادن عن ظاھرة التخمر اللبني

b – الكحولي التخمر :
  •  تجربة : أنظر الوثیقة 3 
  • تحلیل واستنتاج : 
التخمر اللبني ھو طریقة لھدم الكلیكوز، حیث ینتج عن ذلك تكون الحمض اللبني دون طرح CO2 .
التخمر الكحولي ھو طریقة لھدم الكلیكوز، حیث ینتج عن ذلك كحول ھو الایتانول مع طرح CO2 .
 c – خلاصة : 
تستعمل الخلایا الكلیكوز كمستقلب طاقي، ویمكنھا ھدمھ بطریقتین مختلفتین حسب ظروف : 
  •  التنفس : في وسط حیھوائي  ( Aérobie ) غني بالأوكسجین ، یتم الھدم الكلي للكلیكوز وتحویلھ إلى CO2 وماء وھي      مواد معدنیة دون قیمة طاقیة. 
  •  التخمر : في وسط حیلاھوائي( Anaérobie ) غیاب الأوكسجین ، یخضع الكلیكوز لھدم غیر تام، وتحویلھ إلى جزیئات عضویة لا تزال تخزن الطاقة الكیمیائیة. 

 ΙΙ – انحلال الكلیكوز على مستوى الجبلة الشفافة. 

1- تعرف البنیات الخلویة المتدخلة في التنفس والتخمر 
 a – تجارب وملاحظات : أنظر الوثیقة 4.

 b – تحلیل واستنتاج :
یتبین من ھذه المعطیات أنھ في الظروف الحیھوائیة، أي خلال ظاھرة التنفس، یتطلب ھدم الكلیكوز وجود عضیات خلویة خاصة ھي المیثوكندریات  ،بینما في الظروف الحیلاھوائیة، أي خلال ظاھرة التخمر، لا یتطلب ھدم الكلیكوز وجود المیتوكندریات. یبتدئ كل من التنفس والتخمر بمرحلة مشتركة تتم داخل الجبلة الشفافة، وھي انحلال الكلیكوز . فتستمر تفاعلات التخمر في الجبلة الشفافة، بینما یتطلب التنفس تدخل المیتوكندریات. 

2- مراحل انحلال الكلیكوز 
a – تفاعلات انحلال الكلیكوز : 
تعطي الوثیقة 5 والوثیقة 6 ،التفاعلات الكیمیائیة لانحلال الكلیكوز. انطلاقا من ھذه المعطیات، استخرج الأشكال الطاقیة الناتجة عن انحلال الكلیكوز. 

 b – استنتاج :
داخل الجبلة الشفافة ینحل الكلیكوز حسب سلسلة من التفاعلات الكیمیائیة، المحفزة بأنزیمات نوعیة. وھي تفاعلات غیر مستھلكة للأوكسجین، وتتم على ثلاث مراحل: 
  • المرحلة الأولى: یتحول الكلیكوز فوسفات إلى فریكتوز ثنائي الفوسفات، بعد تثبیت مجموعة فوسفاتیة آتیة من ATP .
  • ینشطر الفریكتوز ثنائي الفوسفات إلى جزیئتین من سكر ثلاثي فوسفات(2غلیسیرألدیید فوسفات). + تخضع كل من ھاتین الجزیئتین إلى انتزاع الھیدروجین ( أكسدة )، بواسطة مستقبل للھیدروجین NAD  = .Nicotinamide adénine  مع تفسفر جزیئتي الغلیسیرألدیید فوسفات، اللتان + یختزل ویحول إلى H + NADH + الشكل المؤكسد NAD تتحولان إلى حمض غلیسیري ثنائي الفوسفات. 
  • المرحلة الثالثة: تسلم جزیئتا الحمض الغلیسیري ثنائي الفوسفات، مجموعتیھما الفوسفاتیة إلى ADP وتتحولان إلى جزیئتین من حمض البیروفیك  CH3COCOOH pyruvique Acide ، بینما یتحول ADP إلى ATP 
ملحوظة : لكي تستمر عملیة انحلال الكلیكوز، یجب إعادة أكسدة +H + NADH .وتتم ھذه الأكسدة، إما خلال التنفس الخلوي، عند وجود الأوكسجین، أو خلال التخمر في غیاب الأوكسجین. 

3- الحصیلة الطاقیة لانحلال الكلیكوز: 
ادن الحصیلة الطاقیة لانحلال الكلیكوز ھي تركیب جزیئتین من ATP بالنسبة لكل جزیئة من الكلیكوز. 

 ΙΙΙ – التأكسدات التنفسیة ودور المیتوكندریات

1- ماذا یحدث على مستوى المیتوكندري ؟ : 
a – تجارب : لمعرفة مصیر حمض البیروفیك، أنجزت التجارب المبینة على الوثیقة 7 

 b – تحلیل واستنتاج : 
1  قبل t1 یكون استھلاك الأوكسجین من طرف المیتوكندریات ضعیف جدا، وعند إضافة الكلیكوز في الزمن t1 لا یتغیر استھلاك الأوكسجین. أما عند إضافة حمض البیروفیك فان نسبة استھلاك الأوكسجین ترتفع. 
2  یدل تغیر كمیة الأوكسجین في الوسط على كون المیتوكندریات تستعملھ خلال نشاطھا.
3 المیتوكندریات تستھلك الأوكسجین یعني أن الأمر یتعلق بظاھرة التنفس الخلوي. 
4  نستنتج أن المیتوكندریات لا تستعمل الكلیكوز مباشرة، بل تستعمل ناتج انحلال الكلیكوز، الذي ھو حمض البیروفیك.
إن التفاعلات الكیمیائیة التي تطرأ على حمض البیروفیك بوجود الأوكسجین، داخل المیتوكندري، تشكل التأكسدات التنفسیة وھي تفاعلات حیھوائیة. 

 c – خلاصة :
 یتعرض مستقلب الكلیكوز إلى تفككین :
 ـ الأول خارج المیتوكندري على مستوى الجبلة الشفافة، و لا یحتاج إلى الأوكسجین، و یسمى انحلال الكلیكوز. 
 ـ الثاني على مستوى المیتوكندري و یحتاج إلى الأوكسجین و یسمى التأكسدات التنفسیة. و یعتبر حمض البیروفیك ھو المستقلب الذي یتعرض للتأكسدات التنفسیة. 

2 بنیة ومكونات المیتوكندریات : 
 a – فوق بنیة المیتوكندري : أنظر الوثیقة 8 

الشكل 1 = ملاحظة الكترونغرافیة لمقطع طولي للمیتوكندري. 
الشكل 2 = ملاحظة الكترونغرافیة لمقطع عرضي للمیتوكندري. 
الشكل 3 = رسم تخطیطي تفسیري لفوق بنیة المیتوكندري. 
عناصر الشكل 3 من الوثیقة:
 1 = غشاء خارجي . 2 = غشاء داخلي . 3 = ماتریس . 4 = أعراف . 5 = بیغشائي حیز . ADN = 6
تعتبر المیتوكندري من عضیات الخلیة، وتتكون من غشاء مزدوج، یحیط بمادة عدیمة اللون تسمى ماتریس تتخللھا تفرعات للغشاء الداخلي تسمى أعراف 

 b – التركیب البیوكیمیائي للمیتوكندري : أنظر الوثیقة 9 ،الوثیقة 10. 

یلاحظ اختلاف في التركیب بین الغشاء الخارجي، والداخلي، والماتریس، إذ تكون الماتریس غنیة بالأنزیمات المزیلة للھیدروجین والمزیلة للكربون، غنیة بناقلات البروتونات والالكترونات وATP ،أما الغشاء الداخلي فیتمیز بوجود مركبات أنزیمیة مسؤولة عن تفسفر ADP إلىATP .وتدخل ھذه الأنزیمات في تركیب الكرات ذات شمراخ. 

ΙV – دور التأكسدات التنفسیة في إنتاج ATP :

1 - تفاعلات دورة Krebs والأكسدة التنفسیة : 
عند انتقالھ إلى المیتوكندري، یخضع حمض البیروفیك لمجموعة من التفاعلات، بوجود الأوكسجین، وتسمى التأكسدات التنفسیة. تبدأ ھذه التفاعلات في الماتریس، حیث یتم ھدم حمض البیروفیك عبر مراحل: 

 a – المرحلة الأولى: تكون الأسیتیل كوأنزیم A  أنظر الوثیقة 11 
تحت تأثیر أنزیمات نوعیة، مزیلة للھیدروجین ومزیلة للكربون، یتكون الأسیتیل كوأنزیم A في الماتریس، انطلاقا من حمض البیروفیك.

b – المرحلة الثانیة: دورة Krebs .انظر الوثیقة 11
ھي دورة بیوكیمیائیة تتكون من سلسلة من تفاعلات إزالة الكربون، وإزالة الھیدروجین. 
 • ینضم أستیل كوأنزیم A إلى حمض أوكسالوأسیتیك  C4 لیعطي حمض السیتریك C6.
 • یحرر الكوأنزیم A ،قصد تثبیت شق لأستیل جدید. • یخضع حمض السیتریك لتفاعلات إزالة الكربون، وإزالة الھیدروجین، بتواجد أنزیمات خاصة، لنحصل في الأخیر على حمض الأوكسالوأسیتیك، ھذا الأخیر یعاود التفاعل مع أستیل كوأنزیم A. 
 • خلال دورة Krebs یتم تحریر CO2 ،واختزال جزیئة NAD وF.
 وتركب جزیئة ATP انطلاقا من أكسدة جزیئة GDP
التفاعل الإجمالي لھدم حمض البیروفیك في الماتریس:  

 c – المرحلة الثالثة: مصیر H+NADH و FADH2+ .
انطلاقا من الوثیقة 12 ،والوثیقة 13 ،وضح كیف تحصل الأكسدة التنفسیة، وأبرز أھمیتھا في تكون ممال من جھتي الغشاء الداخلي للمیتوكندري. + البروتونات H 
 خلال تفاعلات أكسدة الكلیكوز، یتم اختزال  FAD و NAD+  لتعطي NADH+H وFADH2  . ادن ھذه جزیئات ناقلة للبروتونات والالكترونات، یجب أن تعود إلى حالتھا المؤكسدة. في الحیز البیغشائي، + تتم أكسدة ھذه المتقبلات داخل الغشاء الداخلي للمیتوكندري. حیث تطرح البروتونات H بینما تسلم الالكترونات إلى نواقل توجد على مستوى الغشاء الداخلي للمیتوكندري، وتكون السلسلة التنفسیة .
إن الالكترونات تتدفق انطلاقا من المعطي الأول NAD إلى المستقبل النھائي وھو الزوج +H+NADH/ H2O/O2 .یسمى ھذا التدفق الأكسدة التنفسیة.
یتفاعل الأوكسجین المختزل  -O2  مع  +2H  لیعطي جزیئة الماء، وتتم ھذه العملیة داخل ماتریس + المیتوكندري
خلال مرور الالكترونات من أول معط  +NADH+H   إلى أخر متقبل O2 ،یتم طرح بروتونات +H  داخل الحیز البیغشائي، فیرتفع بذلك تركیز +H في ھذا الحیز، مما یترتب عنھ ممال للبروتونات +H من جھتي الغشاء الداخلي.

2 -اختزال الأوكسجین والتفسفر المؤكسد: 
a – معطیات تجریبیة:  التجربة الأولى: أنظر الوثیقة 14.
یرجع انخفاض تركیز +H  في الوسط بعد ذلك، إلى استنفاذ O2 اثر تفاعلھ مع الالكترونات والبروتونات، حیث یعتبر المتقبل النھائي للبروتونات والالكترونات، حسب التفاعل التالي: 
التفاعل الإجمالي بعد إضافة O2 للوسط ھو :
 التجربة الثانیة : 
للكشف عن شروط إنتاج ATP على مستوى الكرات ذات شمراخ، نقوم بالتجارب المبینة على الوثیقة 15 

 تحلیل معطیات التجربة الثانیة: 
تبین التجربة a أن فسفرة ADP إلى ATP ،یتم على مستوى الكریات ذات شمراخ ATP بین الحیز البیغشائي والماتریس،  وتتطلب ھذه الفسفرة وجود فارق في تركیز +H حیث یفوق تركیزه في الحیز البیغشائي، تركیزه في الماتریس.
تبین التجربة b أن الغشاء الداخلي للمیتوكندري ضروري لإنتاج ATP ،فھو المسئول عن خلق الفارق ، بین الحیز البیغشائي والماتریس، ھذا الفارق في التركیز یعتبر ضروریا لفسفرة ADP + في تركیز H إلى ATP من طرف الكریات ذات شمراخ.

 b – خلاصة: 
عند وجود متقبل للالكترونات (O2 ،(تتم أكسدة (NADH2 , FADH2)(معط للالكترونات)، الشيء الذي ، فترتفع نسبتھا داخل الحیز البیغشائي. + یعطي طرح للبروتونات H من جھتي الغشاء الداخلي للمیتوكندري، تتدفق ھذه البروتونات إلى الماتریس عبر + بفعل اختلاف تركیز H الكرات ذات شمراخ، والتي تستغل طاقة التدفق لتنتج ATP من خلال تثبیت مجموعة فوسفاتیة على جزیئة ADP .تسمى ھذه العملیة التفسفر المؤكسد 

V – مقارنة الحصیلة الطاقیة للتنفس والتخمر: 

 1 - قیاس مردودیة التنفس والتخمر :
أ - المردود الطاقي للتنفس: أنظر الوثیقة 16. 

إن الأكسدة الكاملة لجزیئة الكلیكوز، تعطي :
 أحسب المردود الطاقي للتنفس، علما أن الطاقة الإجمالیة التي یمكن استخراجھا من مول واحد من الكلیكوز، تحت درجة حرارة C °37 ،وبوجود الأوكسجین، ھي: 2860KJ  ،وأن حلمأة مول واحد من ATP ،یؤدي إلى تحریر طاقة تساوي 5.30KJ  

 بما أن مول واحد من الكلیكوز یركب 38 ATP ،فالطاقة التي یحررھا مول واحد من الكلیكوز ھي:  KJ 1159  = 30.5 x 38 

ادن المردود الطاقي للتنفس ھو: 

ب - المردود الطاقي للتخمر:
أحسب المردود الطاقي للتخمر، علما أن استھلاك جزیئة واحدة من الكلیكوز في حالة التخمر اللبني، یحرر فقط جزیئتین من ATP

المردود الطاقي للتخمر ھو : 
 2 - مقارنة وتفسیر : 
• أثناء التنفس یتحلل المستقلب ( الكلیكوز ) كلیا، فیطرح مجموع الطاقة الكامنة فیھ، على شكل طاقة كیمیائیة  KJ 1159 ، وطاقة حراریة  KJ 1701 ، مع تكوین حثالة معدنیة ( H2O + CO2) خالیة من الطاقة. 
• أثناء التخمر، لا یتحلل المستقلب ( كلیكوز ) كلیا وبالتالي لا یطرح إلا جزء من الطاقة الكامنة 167 KJ ،جزء منھا على شكل طاقة كیمیائیة   KJ 61 ، وجزء على شكل طاقة حراریة KJ 106، مع حثالة عضویة ( حمض لبني )، مازالت تحتوي على طاقة كامنة 2/(KJ/ac.lactique 1346.5  = (167 – 2860  
reaction:

تعليقات