استهلاك المــادة العضوية و تدفق الطــاقة
استهلاك المــادة العضوية و تدفق الطــاقة
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 ميتوكوندريات قليلة و ضامرة . الشكل 2
الشكل 1 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 (http://trc.ucdavis.edu/biosci10v/bis10v/media/ch06/mitochondrion.swf)
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
استهلاك المــادة العضوية و تدفق الطــاقة
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 ميتوكوندريات قليلة و ضامرة . الشكل 2
الشكل 1 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 (http://trc.ucdavis.edu/biosci10v/bis10v/media/ch06/mitochondrion.swf)
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