حوصلة التحولات الطاقوية على المستوى الخلوي

🔊 The teacher reads for you

إشكالية: تحتاج الكائنات الحيّة إلى إمداد مستمرّ بالمواد الأيضية وبالطاقة لأداء وظائفها الحيوية والمحافظة على حياتها. وتتكوّن الكائنات العليا، نباتية كانت أو حيوانية، من خلايا مقسّمة إلى حجيرات، كالهيولى والميتوكندري والصانعات الخضراء، تحدث فيها تحوّلات للمادّة والطاقة تختلف حسب نوع الخلية وشروط الوسط. فما هي صور المادّة والطاقة التي تدخل الخلية وتخرج منها، وما هي التحوّلات الطاقوية المصاحبة لها ؟

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:

أن تنجز حوصلة للتحوّلات الطاقوية في خلية يخضورية نهارا وليلا وفي خلية غير يخضورية
أن تقارن بين التنفّس والتخمّر من حيث المقرّ والنواتج
أن تصف بنية جزيئة ATP وتفسّر كيف تحرّر إماهتها الطاقة
أن تصنّف وظائف خلوية حسب نوع العمل الذي يستهلك الطاقة

🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:

مرحلتا التركيب الضوئي ومقرّ كلّ منهما في الصانعة الخضراء
مراحل التنفّس: التحلّل السكري في الهيولى ثمّ الأكسدة في الميتوكندري
التخمّر الكحولي في الهيولى في غياب الأكسجين

💭الفرضيات: تدخل الخلية طاقة كامنة في الغلوكوز، وتتحوّل فيها إلى طاقة قابلة للاستعمال ⁦(ATP)⁩ بفضل عمليتي التنفّس والتخمّر.

النشاط 1: إنتاج الطاقة وتحويلها إلى طاقة قابلة للاستعمال

توضّح الوثائق ⁦(1)⁩ و⁦(2)⁩ و⁦(3)⁩ رسوما تخطيطية إجمالية لتحوّلات الطاقة: في خلية نباتية يخضورية أثناء النهار، ثمّ الخلية نفسها أثناء الليل، ثمّ في خليتين غير يخضوريتين، إحداهما تتنفّس والأخرى تتخمّر.

ثلاث وثائق صامتة مرقّمة لتحوّلات الطاقة: خلية يخضورية نهارا، ثمّ ليلا، ثمّ خلية تتنفّس وأخرى تتخمّر — الوثائق ⁦(1)⁩ و⁦(2)⁩ و⁦(3)⁩: رسوم تخطيطية إجمالية لتحوّلات الطاقة في خلية يخضورية نهارا ثمّ ليلا، وفي خليتين غير يخضوريتين.

🎯التعليمة

سمّ العنصر الذي يشير إليه كلّ رقم من 1 إلى 11 في الوثائق الثلاث، ثمّ سمّ المرحلتين أ وب.
قارن بين الوثيقتين ⁦(1)⁩ و⁦(2)⁩، واستخلص ما يتوقّف في الخلية اليخضورية ليلا وما يستمرّ.
قارن بين خليّتي الوثيقة ⁦(3)⁩ من حيث مصير حمض البيروفيك ومقرّ تحوّله.

إظهار الإجابة

🔍التحليل

نسمّي العناصر كما يبيّنها الجدول أدناه، من 1 إلى 11: الطاقة القابلة للاستعمال، والمرافقان الأنزيميان المُرجَعان، والغلوكوز والنشاء، وحمض البيروفيك وأكسدته، وغازا التنفّس، ونواتج التخمّر. ونسمّي: أ المرحلة الكيموحيوية (حلقة كالفن) في حشوة الصانعة الخضراء، وب المرحلة الكيموضوئية على مستوى التيلاكويدات.
نقارن: ليلا يتوقّف في الصانعة الخضراء كلّ ما يحتاج إلى الضوء: لا يُنتَج ATP ولا المرافق الأنزيمي المُرجَع على مستوى التيلاكويدات، ولا يُثبَّت CO₂ في حلقة كالفن. بينما يستمرّ تحويل المدّخرات إلى حمض البيروفيك، وتستمرّ الميتوكندري في أكسدته وإنتاج ATP كما في النهار: فالتنفّس لا يتعلّق بالضوء.
نقارن: في خلية التنفّس يدخل حمض البيروفيك الميتوكندري فيُؤكسَد فيها بوجود O₂، فيُطرَح CO₂ ويُنتَج ATP. وفي خلية التخمّر لا يدخل حمض البيروفيك أيّ عضيّة: يتحوّل في الهيولى إلى إيثانال ثمّ إلى إيثانول، ويُستعمَل المرافق الأنزيمي المُرجَع ⁦(9)⁩ في هذا التحويل، ولا يُنتَج ATP إلّا في مرحلة تحويل الغلوكوز إلى حمض البيروفيك.

الرقم	العنصر
1	ATP
2	⁦NADPH,H⁺⁩
3	غلوكوز
4	نشاء
5	حمض البيروفيك
6	أكسدة تنفّسية
7	O₂
8	CO₂
9	⁦NADH,H⁺⁩
10	إيثانال
11	إيثانول
أ	المرحلة الكيموحيوية (حلقة كالفن)
ب	المرحلة الكيموضوئية

أسماء العناصر المرقّمة في الوثائق ⁦(1)⁩ و⁦(2)⁩ و⁦(3)⁩.

الاستنتاج: تُخزَّن الطاقة الضوئية في الخلية اليخضورية نهارا طاقةً كيميائية كامنة في الغلوكوز والنشاء؛ ثمّ تُحرَّر هذه الطاقة في كلّ خلية، نهارا وليلا، على شكل ATP: بالتنفّس في الميتوكندري بوجود O₂، أو بالتخمّر في الهيولى في غيابه.

اقرأ هذه الوثائق بما يختفي منها لا بما يبقى فيها: من النهار إلى الليل ينطفئ نصف الدارة الذي في الصانعة وتبقى الميتوكندري تعمل؛ ومن التنفّس إلى التخمّر يطول المسار في الهيولى بدل أن يدخل العضيّة.

النشاط 2: بعض استعمالات الـ ATP

توضّح الوثيقة ⁦(4)⁩ أمثلة عن وظائف يتمّ فيها استعمال الطاقة، مرقّمة من 1 إلى 6.

ستّة رسوم لوظائف تستهلك الطاقة: صيّاد في البرد، كائن وحيد الخلية، فهد، عدّاء، نقل عبر الغشاء، أنزيم — الوثيقة ⁦(4)⁩: أمثلة عن وظائف تُستعمَل فيها الطاقة.

🎯التعليمة

صنّف الأمثلة الستّة في مجموعات حسب نوع الوظيفة التي تحتاج إلى طاقة.
سمّ كلّ وظيفة، وبيّن كيف تُستعمَل الطاقة في كلّ حالة.

إظهار الإجابة

🔍التحليل

نصنّف: المجموعة 1 المثال 1 (المنطقة الباردة). المجموعة 2 الأمثلة 2 و3 و4 (الكائن وحيد الخلية والفهد والإنسان). المجموعة 3 المثال 5 (البروتين الغشائي). المجموعة 4 المثال 6 (التفاعل الأنزيمي).
نسمّي ونبيّن: الحفاظ على حرارة الجسم، إذ يُستهلَك ATP للحفاظ على درجة 37 درجة مئوية. الحركة، إذ تُستغَلّ الطاقة في التقلّص العضلي عند الحيوانات وفي حركة الأسواط. النقل الفعّال، أي نقل المواد عكس تدرّج التركيز، مثل عمل مضخّة الصوديوم والبوتاسيوم. تفاعلات البناء، إذ يُستغَلّ ATP في تركيب مواد معقّدة انطلاقا من عناصر بسيطة.

الاستنتاج: الـ ATP هو المصدر المباشر للطاقة القابلة للاستعمال في الوظائف الخلوية: الحفاظ على حرارة الجسم، والحركة، والنقل الفعّال عبر الغشاء، وتفاعلات البناء.

في المثال 5 لا تكتفِ بقول «ينقل البروتين الجزيئة»: انظر إلى اتّجاه النقل. الجزيئة تنتقل من التركيز المنخفض إلى التركيز العالي، أي عكس التدرّج، وهذا الاتّجاه وحده هو الذي يفسّر الحاجة إلى ATP.

تحوّلات المادّة والطاقة في الخلية

في الخلية اليخضورية، نهارا، تُحوَّل الطاقة الضوئية على مستوى التيلاكويدات إلى ATP وإلى مرافق أنزيمي مُرجَع، يُستعمَلان في حشوة الصانعة الخضراء لتثبيت CO₂ في حلقة كالفن وتركيب الغلوكوز، الذي يُخزَّن نشاءً. هكذا تصير الطاقة الضوئية طاقة كيميائية كامنة في الجزيئات العضوية.

وفي كلّ خلية، يخضورية أو غير يخضورية، نهارا وليلا، تُحرَّر هذه الطاقة الكامنة وتُحوَّل إلى ATP: يتحوّل الغلوكوز في الهيولى إلى حمض البيروفيك، ثمّ يُؤكسَد هذا الحمض في الميتوكندري بوجود O₂ فيُطرَح CO₂، وهذا هو التنفّس. وفي غياب الأكسجين يبقى حمض البيروفيك في الهيولى فيتحوّل إلى إيثانال ثمّ إيثانول، وهذا هو التخمّر، ولا يُنتج إلّا جزيئات ATP قليلة.

الـ ATP: مصدر الطاقة القابلة للاستعمال

تتكوّن جزيئة ATP من الأدينوزين مرتبطا بثلاث مجموعات فوسفات. والرابطة التي تصل المجموعة الثانية بالثالثة رابطة غنيّة بالطاقة. وحين تُماهى جزيئة ATP تنفصل عنها المجموعة الأخيرة، فتعطي ADP وفوسفاتا لاعضويا Pi، وتتحرّر الطاقة اللازمة للنشاطات.

✅النّتيجة: إماهة الـ ATP

ATP + H₂O ⟶ ADP + Pi

والـ ATP ليس مخزنا للطاقة، بل وسيط يُبنى ويُهدم باستمرار: التنفّس الخلوي يستخرج الطاقة الكامنة في الجزيئات العضوية ليعيد تركيب ATP انطلاقا من ADP وPi، والوظائف المختلفة تستهلكه بإماهته. ومن هذه الوظائف الحفاظ على حرارة الجسم، والحركة، والنقل الفعّال، وتفاعلات البناء.

حلقة ATP وADP بين التنفّس الخلوي والوظائف المستهلكة للطاقة، وجزيئة ATP تُماهى إلى ADP وفوسفات مع تحرير طاقة — حصيلة الدرس: الـ ATP وسيط يُبنى بالتنفّس ويُهدم في الوظائف، وطاقته في رابطته الأخيرة.

في الباكالوريا تُطرح الحوصلة غالبا في وثيقة صامتة مرقّمة كوثائق هذا الدرس. ابدأ بتحديد العضيّة التي يحدث فيها كلّ سهم، ثمّ سمّ ما يدخلها وما يخرج منها: العضيّة تحصر الاحتمالات قبل أن تقرأ الأرقام.

عند المراجعة، ارسم من الذاكرة خلية فيها صانعة خضراء وميتوكندري، وضع على الأسهم الغلوكوز وO₂ وCO₂ وATP، ثمّ امحُ الشمس وقل ما الذي يتوقّف.

الخلاصة: تُحوِّل الخلية اليخضورية الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة في الغلوكوز والنشاء، ثمّ تُحرِّر كلّ خلية هذه الطاقة وتحوّلها إلى ATP، بالتنفّس في الميتوكندري بوجود O₂ أو بالتخمّر في الهيولى في غيابه. والـ ATP وسيط يُبنى ويُهدم باستمرار، وطاقة إماهته هي التي تستعملها الخلية في الحفاظ على حرارة الجسم، والحركة، والنقل الفعّال، وتفاعلات البناء.

Page 1/5