الكشف عن الظواهر المسؤولة عن تحرير الطاقة و موقعها دروس علوم الحياة و الأرض الثانية بكالوريا

الكشف عن الظواهر المسؤولة عن تحرير الطاقة و موقعها  
دروس علوم الحياة و الأرض الثانية بكالوريا

الفصل 1 : التفاعلات المسؤولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلية

ملاحظة : الكلمات الموجودة في الموضوع و الملونة بالأزرق هي عبارة عن مصطلحات علمية ، و  تجدون تعريفها أسفل الموضوع .

تحتاج جميع الخلايا الى طاقة تمكنها من القيام بمختلف الأنشطة الخلوية، هذه الطاقة يتم استخلاصها من المادة العضوية من خلال ظواهر إستقلابية مختلفة.تقوم باقي الكائنات الحية، غير ذاتية التغذية، باستعمال هذه المادة العضوية، حيث تعتبر المصدر الأساسي للطاقة، إضافة الى كونها تستعمل كذلك لبناء وتجديد المادة الحية.

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.

1- صف تغير تركيز كل من الأكسجين و ثنائي أكسيد الكربون قبل و بعد إضافة الكليكوز ؟

2 - فسر النتائج المحصل عليها من خلال هذه التجربة ؟ ماذا تستنتج ؟ 

( الإجابة عن الأسئلة أسفل الموضوع )

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.

3 - حلل النتائج المحصل عليها من خلال هذه التجربة ؟  

4 - فسر هذه النتائج، ثم وضع كيف تمكنك من تحديد خصائص هذه الظاهرة ؟  

( الإجابة عن الأسئلة أسفل الموضوع )

موقع التنفس و التخمر

يمثل الشكل التالي مواقع حدوث مختلف التفاعلات الإستقلابية على مستوى الخلية، في وجود وغياب الأكسجين.

5 - حدد من خلال الشكل أعلاه مصير  الكليكوز على مستوى الخلية ؟  و موقع حدوث كل من التنفس و التخمر ؟ 

الإجابة عن الأسئلة الموجودة أعلاه .

1- صف تغير تركيز كل من الأكسجين و ثنائي أكسيد الكربون قبل و بعد إضافة الكليكوز ؟

الإجابة : 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.

2 - فسر النتائج المحصل عليها من خلال هذه التجربة ؟ ماذا تستنتج ؟ 

الإجابة : 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.

3 - حلل النتائج المحصل عليها من خلال هذه التجربة ؟  

الإجابة : 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.

4 - فسر هذه النتائج، ثم وضع كيف تمكنك من تحديد خصائص هذه الظاهرة ؟  

الإجابة : 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.

5 - حدد من خلال الشكل أعلاه مصير  الكليكوز على مستوى الخلية ؟  و موقع حدوث كل من التنفس و التخمر ؟ 

الإجابة : 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.

{ حصيلة }

تعمل مختلف الخلايا على استخلاص الطاقة اللازمة لنشاطها من المواد العضوية، وذلك من خلال نوعين من التفاعلات :

التنفس الخلوي الذي يتجلى في تفاعلات حي هوائية (تحدث بوجود الأكسجين)، تتم على مستوى الميتوكندري.

التخمر الذي يتجلى في تفاعلات حي لاهوائية (تحدث في غياب الأكسجين)، تتم على مستوى الجبلة الشفافة.

تعريف المصطلحات العلمية الموجودة بالموضوع 

 خميرة Levure : هو نوع من الفطريات المجهرية أحادية الخلية، تعمل على تحفيز تفاعلات تخمر المواد العضوية ذات الأصل النباتي أو الحيواني. تُعرف أهم أنواع الخميرة تحت اسم Saccharomyces cerevisiae، و يمكنها التكاثر في الأوساط الهوائية، فتقوم بعملية التنفس، كما يمكنها التكاثر كذلك في الأوساط اللاهوائية، حيث تقوم بعملية التخمر.

مُفاعل حَيَوي لِعُدة ExAO Bioréacteur : جهاز يتم على مستواه زرع كائنات حية (مجهرية أو خلايا حيوانية أو نباتية) بهدف تكاثرها لإنتاج المادة الحية، و هو عبارة عن وعاء يتم فيه تحفيز التفاعلات الكيميائية التي تشتمل الكائنات الحية أو المواد النشطة الكيميائية الحيوية المشتقة من الكائنات الحية المختلفة. هذه التفاعلات قد تكون هوائية أو لاهوائية. غالباً ما تكون هذه شكل هذه المفاعلات الحيوية على شكل أسطوانة، تتراوح في أحجامها من سعة الليترات إلى الأمتار المكعبة.

الكليكوز Glucose : يسمى كذلك سكر العنب، و هو نوع من السكريات ينتج من خلال عملية التركيب الضوئي للنباتات الخضراء. يعد الكليكوز المصدر الأساسي للطاقة عند مختلف الكائنات الحية. صيغته الكيميائية هي : C6H12O6.

التنفس الخلوي Respiration Cellulaire : عبارة عن تفاعلات حي هوائية (تحدث بوجود الأكسجين)، تتم على مستوى الميتوكندري، و يتم من خلالها إنتاج الطاقة على شكل جزيئات ATP.

عُدة ExAO Expérimentation Assistée par Ordinateur: عبارة عن عدة تجريبية تسمح بإجراء قياسات لتغير مجموعة من المعايير (تراكيز بعض المواد كالأكسجين و ثنائي أكسيد الكربون، و كذلك درجة الحرارة و الـ pH)، و تسجيلها بواسطة الحاسوب.

التخمر Fermentation: يتجلى في تفاعلات حي لاهوائية (تحدث في غياب الأكسجين)، تتم على مستوى الجبلة الشفافة للخلايا، و يهدف إلى إنتاج طاقة على شكل جزيئات ATP.
باقي فقرات الفصل

	عناوين الدروس	مشاهدة
1	تقديم (تحرير الطاقة الكامنة على مستوى المادة العضوية)
2	الكشف عن الظواهر المسؤولة عن تحرير الطاقة و موقعها	أنت هنا
3	انحلال الكليكوز
4	بنية الميتوكندري
5	هدم حمض البيروفيك داخل الميتوكندري
6	السلسلة التنفسية و شروط تركيب الـ ATP
7	تفاعلات السلسلة التنفسية (التفسفر المؤكسد)
8	مصير حمض البيروفيك خلال التخمر
9	الحصيلة الطاقية و المردود الطاقي للتنفس و التخمر