علوم الطبيعة والحياة
التغذية عند الإنسان › استعمال الجلوكوز و الـ O₂ من طرف فطر الخميرة
استعمال المغذيات: التنفس الخلوي (الهدم) والبناء
→→
🔊 المعلّمة تقرأ لك
عدّاء يقطع مئتي متر جريا فيلهث ويتصبّب عرقا، وزميله يتابعه جالسا على المدرّج لا يكاد يتحرّك. الاثنان تناولا الفطور نفسه هذا الصباح، ولم يستعمل جسماهما ما تناولاه بالقدر نفسه. أين تُستعمل المغذيات في الجسم، وفيمَ تُستعمل؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
- تُظهر بتجربة أنّ العضلة تستهلك غاز O₂ وتطرح غاز CO₂
- تحسب من نتائج زرع الخميرة ما استُهلك من السكّر بوجود الأكسجين وبغيابه
- تميّز بين التنفس والتخمر انطلاقا من الوسط ومن الطاقة المحرَّرة
- تربط بين نوع المغذّي والدور الذي يؤدّيه في الخليّة: طاقة أم بناء
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
- الأغذية تتحوّل في الأنبوب الهضمي إلى مغذيات تعبر إلى الدم
- الدم ينقل المغذيات وغاز الأكسجين إلى كلّ خلايا الجسم
أبحث: ندرس في النشاط 1 ما تستهلكه العضلة من غاز، وفي النشاط 2 مصير مدّخراتها السكّرية وما تطرحه، وفي النشاط 3 دور الأكسجين في هدم الغلوكوز عند فطر الخميرة، وفي النشاط 4 مصير الأحماض الأمينية داخل الخليّة.
النشاط 1: هل تستهلك العضلة غاز الأكسجين؟
📌الوثيقة
| اللحظة | كتلة الأكسجين O₂ داخل الحيّز (بالملّيغرام) |
|---|---|
| بداية التجربة | 14 |
| بعد 9 دقائق | 7 |
🎯تعليمات للبحث
- تأمّل الوثيقتين وصف الشرط الذي يجعل كلّ تغيّر داخل الحيّز عائدا إلى قطعة العضلة وحدها
- احسب كتلة الأكسجين التي اختفت من الحيّز، ثمّ عيّن نسبتها من الكتلة المسجّلة في البداية
- استنتج ما تفعله قطعة العضلة الطازجة بغاز الأكسجين
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نتأمّل الوثيقتين فنصف حيّزا زجاجيّا مغلقا بسدادة محكمة، لا يدخله هواء من الخارج ولا يخرج منه: الشيء الحيّ الوحيد بداخله هو قطعة العضلة الطازجة. ولذلك فكلّ نقص أو زيادة يسجّلها المسبار داخل الحيّز يعود إليها هي وحدها، وهذا ما يجعل التجربة صالحة للاستدلال.
- نحسب: 14 ملغ ناقص 7 ملغ يساوي 7 ملغ من الأكسجين اختفت من الحيّز. ونعيّن نسبتها: 7 من 14، أي 50 بالمئة. فقد اختفى نصف ما كان في الحيّز عند بداية التجربة في 9 دقائق فقط.
- نستنتج أنّ قطعة العضلة الطازجة تستهلك غاز الأكسجين: فهي تأخذه من الهواء المحيط بها، ولذلك تنخفض كتلته داخل الحيّز المغلق كلّما مرّ الزمن.
الاستنتاج: قطعة العضلة الطازجة تستهلك غاز الأكسجين O₂ من الوسط الذي توجد فيه، ويظهر ذلك في انخفاض كتلته داخل حيّز مغلق.
قبل أن تقرأ نتيجة أيّ تجربة، اسأل نفسك أوّلا: هل الحيّز مغلق؟ إن كان مفتوحا فقد يأتي التغيّر من الخارج، ولا يصلح دليلا على شيء. الغلق هو ما يجعل القياس حجّة.
النشاط 2: ما مصير مدّخرات العضلة السكّرية، وما الذي تطرحه؟
📌الوثيقة
| وجه الفحص | عضلة في حالة راحة | عضلة بعد مجهود عضلي |
|---|---|---|
| لون القطعة بعد وضع قطرة من ماء اليود | أزرق واضح | أزرق باهت |
| حالة ماء الكلس الموصول بالحيّز المغلق | تعكّر خفيف | تعكّر واضح |
🎯تعليمات للبحث
- تأمّل الوثيقتين وحدّد ما تغيّر في لون القطعتين، وما تغيّر في ماء الكلس بين الحالتين
- بيّن، انطلاقا من لون ماء اليود، ما حدث لمدّخرات العضلة السكّرية أثناء المجهود
- استنتج طبيعة الغاز الذي تطرحه العضلة، وكيف تتغيّر كمّيته مع شدّة المجهود
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نتأمّل الوثيقتين فنحدّد فرقين: لون القطعة مع ماء اليود أزرق واضح عند العضلة المستريحة وأزرق باهت عند العضلة التي بذلت مجهودا؛ وماء الكلس تعكّره خفيف في الحالة الأولى وواضح في الثانية. ولا فرق بين التركيبين غير المجهود العضلي.
- نبيّن أنّ ماء اليود يكشف مولّد السكّر، وهو الغليكوجين المدّخر في هيولى الخلايا العضلية. وبما أنّ اللون الأزرق خفّ بعد المجهود، فإنّ كمّية الغليكوجين قد نقصت: العضلة استهلكت جزءا من مدّخراتها السكّرية لتشتغل.
- نستنتج أنّ الغاز المطروح هو ثاني أكسيد الكربون CO₂، لأنّه هو الذي يعكّر ماء الكلس. وبما أنّ التعكّر أوضح بعد المجهود، فإنّ الكمّية المطروحة منه تزداد بزيادة المجهود العضلي.
الاستنتاج: تحوي هيولى الخلايا العضلية مدّخرا سكّريّا هو الغليكوجين، تستهلكه العضلة أثناء المجهود، وتطرح في المقابل غاز ثاني أكسيد الكربون CO₂ بكمّية تزداد بزيادة المجهود العضلي.
النشاط 3: ما دور الأكسجين في هدم الغلوكوز؟
📌الوثيقة
| الوسط | مدّة التجربة | كتلة السكّر المستهلكة (غ) | كتلة الخميرة المتشكّلة (غ) |
|---|---|---|---|
| وسط هوائي | تسعة أيّام | 150 | 1,970 |
| وسط لاهوائي | ثلاثة أشهر | 45 | 0,225 |
🎯تعليمات للبحث
- تأمّل الوثيقتين وصف تغيّر كتلة الأكسجين في الحوض قبل إضافة الغلوكوز وبعدها، وحالة ماء الكلس في نهاية التجربة
- احسب كتلة السكّر التي وُضعت في كلّ حوض، ثمّ عيّن نسبة ما استُهلك منها في كلّ وسط
- استنتج دور الأكسجين في هدم الغلوكوز، وسمّ النمطين اللذين يظهران في الوسطين
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نتأمّل الوثيقتين فنصف مرحلتين: قبل إضافة الغلوكوز تبقى كتلة الأكسجين ثابتة، لأنّ الخميرة قد استهلكت كلّ مدّخراتها أثناء التهوية ولم يبقَ لها ما تهدمه. وبعد الإضافة تبدأ الكتلة في الانخفاض حتى تنعدم بعد ثلاث دقائق، ويظهر ماء الكلس متعكّرا في نهاية التجربة.
- نحسب كتلة السكّر في كلّ حوض: 3000 ملل بنسبة 5 بالمئة تعطي 150 غ. ونعيّن النسبة المستهلكة: في الوسط الهوائي 150 غ من 150 غ، أي 100 بالمئة وهو استهلاك كلّي؛ وفي الوسط اللاهوائي 45 غ فقط، أي 30 بالمئة وهو استهلاك جزئي.
- نستنتج أنّ الأكسجين هو الذي يسمح بهدم الغلوكوز هدما كلّيّا، فتتحرّر طاقة كبيرة تسمح بتكاثر كبير وسريع: 1,970 غ من الخميرة مقابل 0,225 غ، أي قرابة 9 مرّات. ونسمّي هدم الغلوكوز في الوسط الهوائي تنفّسا، وهدمه في الوسط اللاهوائي تخمّرا.
الاستنتاج: استهلاك الخميرة للأكسجين مرتبط بوجود الغلوكوز في الوسط، ويرافقه انطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعكّر ماء الكلس. وهدم الغلوكوز في وسط هوائي تنفّس، يستهلك السكّر كلّه ويحرّر طاقة كبيرة؛ وهدمه في وسط لاهوائي تخمّر، لا يستهلك من السكّر إلا جزءا ولا يحرّر إلا طاقة ضئيلة.
لا تقارن كتلتين خامّتين قبل أن تردّهما إلى القدر نفسه من السكّر. هنا: لكلّ 100 غ من السكّر المستهلك تتشكّل 1,313 غ من الخميرة في الوسط الهوائي، مقابل 0,500 غ في الوسط اللاهوائي، أي قرابة 2,6 مرّة. المقارنة العادلة تحتاج إلى مقياس واحد.
النشاط 4: لماذا لا يكفي السكّر وحده؟
🎯تعليمات للبحث
- تأمّل الوثيقة وسمّ الأغذية المرسومة في اللوحة 1، وحدّد العضو الذي تمثّله اللوحة 2
- صف ما حدث للوحدات الصغيرة بين اللوحة 2 واللوحة 3، وبيّن ما الذي تغيّر في ترتيبها
- استنتج الدور الذي تؤدّيه هذه الوحدات في الخليّة، وهل هو الدور نفسه الذي يؤدّيه الغلوكوز
إظهار الإجابةإخفاء الإجابة
🔍التحليل
- نتأمّل الوثيقة فنسمّي في اللوحة 1 أغذية غنيّة بالبروتينات: اللحم والبيض والسمك. ونحدّد في اللوحة 2 جدار الأنبوب الهضمي، حيث تعبر نواتج الهضم إلى وعاء دموي: فالأغذية هي مصدر البروتينات، والبروتينات تعطي بعد هضمها وحدات صغيرة هي الأحماض الأمينية.
- نصف: الوحدات نفسها التي عبرت إلى الدم دخلت إلى الخليّة، فارتبطت بعضها ببعض في سلسلة واحدة طويلة. ونبيّن أنّ ترتيب ألوانها في السلسلة الجديدة يخالف ترتيبها الأوّل: فالخليّة لم تكتفِ باستقبال الوحدات، بل أعادت رصفها في ترتيب من عندها.
- نستنتج أنّ الأحماض الأمينية تُستعمل في البناء: تربطها كلّ خليّة في ترتيب جديد لتصنع بروتيناتها الخاصّة بها، وهي بروتينات لازمة للنمو وللترميم. وليس هذا دور الغلوكوز: فالغلوسيدات والدسم عناصر أساسية في الطاقة، لا في البناء.
الاستنتاج: تُهضم البروتينات فتعطي وحدات تسمّى الأحماض الأمينية، ينقلها الدم إلى الخلايا، فتربطها كلّ خليّة في ترتيب جديد لتبني بروتيناتها الخاصّة بها. فالأحماض الأمينية عناصر أساسية في البناء، أمّا الغلوسيدات والدسم فعناصر أساسية في الطاقة.
أين تُستعمل المغذيات، وفيمَ تُستعمل؟
يتمّ استعمال المغذيات على مستوى الخلايا، لا في الأنبوب الهضمي ولا في الدم: فالأنبوب الهضمي يحوّل الأغذية إلى مغذيات، والدم ينقلها، والخليّة هي التي تستعملها. وهي تستعملها لغايتين اثنتين: إنتاج الطاقة اللازمة لنشاطها، فتكون المغذيات وقودا للخلايا؛ وبناء مادّة جديدة ضرورية للنمو والترميم، فتكون موادّ للبناء.
الغليكوجين: مدّخر سكّريّ
الغليكوجين سكّر متعدّد يتكوّن من وحدات من سكّر الغلوكوز. يوجد في الخلايا الحيوانية، وخاصّة في العضلات، كما يوجد في الفطريات. وهو مدّخر سكّريّ: تخزّنه هيولى الخلايا العضلية ثمّ تهدمه لتحصل على الطاقة عند الحاجة.
التنفس الخلوي: هدم المغذيات بوجود الأكسجين
تتنفّس العضلة، أي إنّها تستهلك أثناء اشتغالها الغلوكوز والأكسجين وتطرح غاز ثاني أكسيد الكربون، ويزداد هذا الاستهلاك بزيادة المجهود العضلي. والتنفس يعني هدم المغذيات، كالغلوكوز، في وجود الأكسجين؛ ينتج عن ذلك طاقة، كما تُطرح فضلات مثل غاز ثاني أكسيد الكربون والماء. ويسمّى النشاط الذي يجري في وجود غاز الأكسجين تنفّسا، ويتمّ وفق المعادلة التالية، تتحرّر معها الطاقة.
معادلة التنفس الخلوي
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ⟶ 6CO₂ + 6H₂O
التخمر: هدم في غياب الأكسجين
في غياب الأكسجين تهدم الخليّة الغلوكوز هدما جزئيّا، ويسمّى ذلك تخمّرا. ولأنّ الهدم جزئيّ فإنّ الطاقة المحرَّرة ضئيلة، ولا تسمح إلا بتكاثر قليل وبطيء؛ أمّا في وجود الأكسجين فالهدم كلّيّ والطاقة كبيرة، فيكون التكاثر كبيرا وسريعا. ومصدر الطاقة في الحالتين واحد هو هدم الغلوكوز، وتُستهلك السكّريات على مستوى الخلايا في إنتاج الطاقة أثناء التنفس وأثناء التخمر.
✅الخلاصة
| وجه المقارنة | التنفس | التخمر |
|---|---|---|
| الوسط | وسط هوائي، أي بوجود الأكسجين | وسط لاهوائي، أي بغياب الأكسجين |
| هدم الغلوكوز | هدم كلّيّ: يُستهلك السكّر كلّه | هدم جزئيّ: لا يُستهلك من السكّر إلا جزء |
| الطاقة المحرَّرة | طاقة كبيرة | طاقة ضئيلة |
| تكاثر الخميرة | تكاثر كبير وسريع | تكاثر قليل وبطيء |
الأحماض الأمينية: موادّ البناء
البروتينات عنصر ثابت في بناء الأعضاء، وهي تتكوّن من وحدات تسمّى الأحماض الأمينية. وتعتبر الأغذية مصدر البروتينات التي تعطي الأحماض الأمينية بعد هضمها. وتستعمل العضوية، أي كلّ خلايا الجسم، هذه الأحماض الأمينية في بناء البروتينات الخاصّة بها. فالأحماض الأمينية عناصر أساسية في البناء، أمّا الغلوسيدات والدسم فعناصر أساسية في الطاقة.
عندما يُطلب منك تعيين دور مغذٍّ، اسأل: هل يختفي بعد الاستعمال ويتحرّر منه شيء، أم يبقى في الجسم داخل بنية جديدة؟ ما يختفي طاقة، وما يبقى بناء.
مصطلحات الدرس
تعريف
- الهدم: تفكيك مغذٍّ داخل الخليّة للحصول على الطاقة.
- البناء: ربط وحدات صغيرة بعضها ببعض لصنع مادّة جديدة للنمو والترميم.
- التنفس: هدم المغذيات في وجود الأكسجين، مع تحرير طاقة وطرح فضلات.
- التخمر: هدم جزئيّ للغلوكوز في غياب الأكسجين، مع تحرير طاقة ضئيلة.
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في الامتحان على تجربة في حيّز مغلق فيه عضلة أو خميرة: «احسب كتلة الأكسجين التي اختفت»، أو «احسب نسبة السكّر المستهلك في كلّ وسط»، ثمّ «ميّز بين التنفّس والتخمّر».
ثلاثة عناصر جاهزة: ① الكواشف والشرط: الحيّز مغلق فكلّ تغيّر فيه يعود إلى الكائن الحيّ وحده ؛ ماء الكلس يتعكّر بغاز CO₂، وماء اليود يكشف الغليكوجين المدّخر في العضلة ② المقارنة: التنفّس هدم كلّيّ للغلوكوز بوجود الأكسجين يحرّر طاقة كبيرة، والتخمّر هدم جزئيّ بغيابه يحرّر طاقة ضئيلة ؛ ومعادلة التنفّس C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ⟶ 6CO₂ + 6H₂O ③ الأدوار: الغلوسيدات والدسم عناصر الطاقة، والأحماض الأمينية عناصر البناء، تربطها الخليّة في ترتيب جديد لتصنع بروتيناتها اللازمة للنمو والترميم.
⛔ والخطأ الشائع: مقارنة كتلتين خامّتين قبل ردّهما إلى القدر نفسه من السكّر ؛ المقارنة العادلة تحتاج إلى مقياس واحد. وخطأ ثانٍ: جعل الغلوكوز مادّة بناء ؛ اسأل: هل يختفي المغذّي بعد الاستعمال ويتحرّر منه شيء، أم يبقى داخل بنية جديدة؟ ما يختفي طاقة، وما يبقى بناء.
الخلاصة: تُستعمل المغذيات على مستوى الخلايا لغايتين. الأولى إنتاج الطاقة بهدم المغذيات: بوجود الأكسجين يكون الهدم كلّيّا ويسمّى تنفّسا، فتتحرّر طاقة كبيرة وتُطرح فضلات منها غاز CO₂؛ وبغيابه يكون الهدم جزئيّا ويسمّى تخمّرا، فلا تتحرّر إلا طاقة ضئيلة. والثانية بناء مادّة جديدة للنمو والترميم من الأحماض الأمينية الآتية من هضم البروتينات. فالغلوسيدات والدسم عناصر الطاقة، والأحماض الأمينية عناصر البناء.
الصفحة 1/10
© مدرستي — هذا الدرس من تأليف مدرستي · madrassati.net