التغذية التنفس الخلوي مواضيع الدرس مصدر الطاقة في عمليات تستهلك طاقة في الخلية هو تحليل مواد عضوية في عملية التنفس الخلوي . ATP – وسيط في تنقلات الطاقة في الخلية . التنفس الخلوي الهوائي ومراحله . الميتوكوندريا – ملاءمة المبنى للأداء . انتاج طاقة بدون أكسجين : التخمر والتنفس اللاهوائي .

كي تحيا كل الكائنات الحية فهي بحاجة الى طاقة مصدرها عملية التنفس الخلوي لحدوث العمليات الحياتية المختلفة مطلوب طاقة . مصدر الطاقة عملية التنفس الخلوي . تقوم كل الكائنات الحية ( بما في ذلك النباتات) بعملية تنفس خلوي وتتحلل خلالها مواد عضوية (خاصة جلوكوز) لمواد ابسط . وتتحرر الطاقة الكيميائية المخزونة في هذه المواد العضوية وتُستغل في العمليات الحياتية تقوم بعملية تنفس خلوي كائنات حية مجهرية تعيش في بيت التنمية ولا نراها في الصورة

تذكير: صفات المواد العضوية في خلايا كل الكائنات الحية (بما في ذلك النباتات) تُستغل الطاقة المتحررة من تحليل المواد العضوية (خاصة جلوكوز) في عملية التنفس الخلوي . المواد العضوية هي مركبات كربون , ويرتبط فيها الكربون بالهيدروجين وعلى الغالب بالأكسجين أيضاً . وفي حالات كثيرة تشمل المواد العضوية ذرات إضافية أيضاً مثل النيتروجين (N), كبريت (S) والفوسفور P)). في المواد العضوية مخزونة طاقة كيميائية. وعندما تتحلل لمواد ابسط , تتحرر هذه الطاقة . نستعمل في حياتنا اليومية الطاقة المتحررة من تحليل مواد عضوية من اجل تنفيذ عمليات مختلفة مثل : طبخ الغذاء , من خلال استعمال الطاقة المنطلقة من احتراق غاز الطبخ . تحريك عجلات السيارات من خلال استعمال الطاقة المتحررة من احتراق الوقود . مثال لجزيء مادة عضوية : السكر الأحادي جلوكوز (6O12H6C) C O H CH2OH OH

ATP – وسيط في انتقالات الطاقة في الخلية تستعمل الطاقة المتحررة في عملية التنفس الخلوي للتفاعلات المُستهلكة للطاقة في الخلية : الأيض ( = تبادل المواد ) : عمليات تحليل المواد وتركيبها . مثال: بناء زلاليات من حوامض امينية في الريبوزومات. النقل نشط– انتقال مواد بين الخلية وبيئتها بواسطة المضخات التي في غشاء الخلية . الحركة – حركة داخل الخلية وحركة الخلية , على سبيل المثال : حركة خلية منوية . مشكلة: التفاعلات المُستهلكة للطاقة في الخلايا لا تحدث بشكل متزامن من حيث الوقت والمكان مع عملية التنفس الخلوي . معظم الطاقة التي مصدرها السكر الأحادي المتحلل في التنفس الخلوي تتحرر في الميتوكوندريا . لكنها تستغل على سبيل المثال , في الريبوزومات أو في مضخات الغشاء الخلوي . كيف تُحل المشكلة ؟ الطاقة المتحررة من المادة العضوية في عملية التنفس الخلوي ”تُخزن“ في جزيء يسمى ATP, والذي يتوسط في تنقلات الطاقة بين تفاعلات التنفس الخلوي وبين تفاعلات مُستهلكة للطاقة في الخلية . A Pi ادينوزين ثلاثي الفوسفات – ATP طاقة

ATP – وسيط في تنقلات الطاقة في الخلية ADP + Pi ATP طاقة من التنفس الخلوي A Pi يتكون ATP من اتحاد ADP ومجموعة فوسفات واحدة (Pi) بمساعدة طاقة مصدرها تحليل جلوكوز ومواد عضوية أخرى في التنفس الخلوي . جزيء الـ ־ATP عُملة الطاقة التي ”تُخزن“ بداخلها طاقة كيميائية طاقة للعمليات المستهلكة في الخلية . من اجل انتاج ATP يجب بذل طاقة فوسفات عندما يتحلل الـ ATP تتحرر الطاقة ATP ADP + Pi فوسفات ينتقل الـ ATP لكل أنحاء الخلية ويزود طاقة للتفاعلات المستهلكة للطاقة من خلال تحلله إلى ADP ولـ Pi

رابط لمحاكاة: ATP – وسيط في تنقلات الطاقة في الخلية

يساهم الاقتران باستغلال ناجع للطاقة ولتقليص خسارات طاقة . في الخلايا يحدث اقتران بين عمليات مُحررة للطاقة وبين عمليات مُستهلكة للطاقة تحدث في الخلايا عمليات مُحررة للطاقة مقترنة بعمليات مستهلكة للطاقة (تنفس خلوي لانتاج ATP وتحليل ATP لعمليات مستهلكة للطاقة التي تحدث في الخلية). يساهم الاقتران باستغلال ناجع للطاقة ولتقليص خسارات طاقة . ATP ADP+Pi حرارة נשימה תאית تنفس خلوي عمليات مستهلكة للطاقة كألنقل النشط بناء مواد تنفس خلوي عملية محررة للطاقة انتاج ATP عملية مستهلكة للطاقة تحليل ATP عملية محللة للطاقة عمليات مستهلكة للطاقة اقتران في كل العمليات يتحرر قسم من الطاقة على شكل حرارة . في أجهزة صنعها الانسان أيضاً يوجد اقتران بين عملية محررة للطاقة وعملية مستوعبة للطاقة : في السيارة: احتراق الوقود قرن بتحريك المكبس الذي يُحرك العجلات. في الغاز بالمطبخ: احتراق غاز الطبخ مقترن بتسخين الغذاء . 7

التفاعلات الأساسية التي تحدث في عملية التنفس الخلوي مادة عضوية C6H12O6 ماء ثاني أكسيد الكربون يطلق للبيئة طاقة أكسجين مصدره البيئة التنفس هو عملية متعددة المراحل . كل تفاعل يُنشطه انزيم خاص . العمليات الأساسية التي تحدث خلال التنفس الخلوي : أ. فصل هيدروجينات (أكسدة) من جزيئات الجلوكوز واتحادها مع الأكسجين لإنتاج ماء . الهيدروجينات المفصولة عن الجلوكوز ترتبط بناقل هيدروجينات يسمى NAD, فيتحول في أعقاب الارتباط إلى NADH, وتنتقل منه بواسطة سلسلة ناقلات في الميتوكندريا . وتتحد في النهاية مع جزيئات أكسجين وتتكون جزيئات ماء. الهيكل الكربوني للجلوكوز يمر بسلسلة تفاعلات تحليل تنتج في نهايتها جزيئات ثاني أكسيد الكربون . ب. إنتاج ATP خلال التحليل تُطلق الطاقة الكيميائية التي كانت مخزونة في الجلوكوز , وتُستغل لإنتاج جزيئات ATP. ATP ADP Pi جلوكوز C6H12O6 أكسجين ثاني أكسيد الكربون ماء صيغة تفاعل التنفس الخلوي: يحدث التنفس على مرحلتين , الأولى في السيتوبلازم (جليكوليزا) والثانية في الميتوكندريا .

عملية التنفس الخلوي تتم على مرحلتين : في السيتوبلازم وفي الميتوكندريا حامض بيروفيك جلوكوز أكسجين ثاني أكسيد الكربون هيدروجينات ماء أكسجين مصدره الغذاء جلوكوز مصدره الغذاء ماء أيض ثاني أكسيد الكربون يطلق للخارج المرحلة ”أ“ : جليكوليزا يتحلل جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من حامض البيروفيك .ربح الطاقة: 2ATP مرحلة ”ب“ : تنفس خلوي هوائي يدخل حامض البيروفيك الى الميتوكندريا , يمر بسلسلة عمليات تحليل دائرية تسمى باسم دورة كربس. نواتج التحليل هي : - جزيئات من ثاني أكسيد الكربون, هيدروجينات التي تُنقل بواسطة ناقل هيدروجينات NAD الى سلسلة نواقل هيدروجينات . مستلم الهيدروجينات الأخير هو الأكسجين , الذي يتحد معها وهكذا تتكون جزيئات ماء . نقل الهيدروجينات يرافقه اطلاق طاقة تُستغل في انتاج ATP. ربح الطاقة: 28ATP ناقل هيدروجينات* NAD ناقل هيدروجينات دورة كربس طاقة NAD* يستوعب الهيدروجينات ويتحلل إلى NADH- وبعد تسليم الهيدروجينات يعود الى NAD- (ويمكن استيعاب هيدروجينات مرة أخرى )

سؤال 1: صيغة تفاعل التنفس الخلوي أكمل صيغة تفاعل التنفس الخلوي والكلمات الناقصة في الأسفل .: مصدره من ____ الذي مصدره من____ الذي يُطلق إلى ____

اجابة سؤال 1: أكمل صيغة تفاعل التنفس الخلوي والكلمات الناقصة في الأسفل .: جلوكوز C6H12O6 أكسجين ثاني أكسيد الكربون ماء مصدره من الغذاء الذي مصدره من الهواء الذي يطلق إلى البيئة

سؤال 2 : جمل صحيح / غير صحيح سؤال 2 : جمل صحيح / غير صحيح سؤال 2: فيما يلي عدة جُمل , أذكر أي منها صحيح وأيها خطأ . أ. يشترك الأكسجين في المرحلة الثانية من التنفس الخلوي (الذي يحدث في الميتوكوندريا) . ب. مصدر الأكسجين الذي في الماء الناتج عن عملية التنفس الخلوي من الأكسجين الجوي . ت. مصدر ثاني أكسيد الكربون المُنطلق من الرئتين للخارج هو عملية التنفس التي تحدث في خلايا الجسم . ث. تحدث عملية التنفس الخلوي في نواة الخلية. ج. مصدر الجلوكوز المتحلل في عملية التنفس في خلايا الجسم من الأكل . ح. في التنفس الخلوي , تتحلل مادة غير عضوية , وتنطلق الطاقة التي كانت مخزونة فيه .

اجابة سؤال 2: فيما يلي عدة جُمل , أذكر أي منها صحيح وأيها خطأ . أ. يشترك الأكسجين في المرحلة الثانية من التنفس الخلوي (الذي يحدث في الميتوكوندريا) . صحيح ب. مصدر الأكسجين الذي في الماء الناتج عن عملية التنفس الخلوي من الأكسجين الجوي . صحيح ت. مصدر ثاني أكسيد الكربون المُنطلق من الرئتين للخارج هو عملية التنفس التي تحدث في خلايا الجسم . صحيح ث. تحدث عملية التنفس الخلوي في نواة الخلية. غير صحيح. تحدث في السيتوبلازم أولاً ثم في الميتوكوندريا . ج. مصدر الجلوكوز المتحلل في عملية التنفس في خلايا الجسم من الأكل . صحيح ح. في التنفس الخلوي , تتحلل مادة غير عضوية , وتنطلق الطاقة التي كانت مخزونة فيه . غير صحيح . في التنفس الخلوي يتحلل سكر أحادي (جلوكوز) , وهو مادة عضوية .

سؤال 3 سؤال 3: أمامك قائمة مواد وقائمة تعريفات . اربط بين المواد والتعريفات المناسبة بواسطة مد خط . يمكن أن يناسب مادة واحدة أكثر من تعريف , وأكثر من مادة واحدة للتعريف الواحد . تعريفات المستلم النهائي للهيدروجينات ناتج وسطي لعملية التنفس مانح هيدروجينات مصدر الطاقة المادة المتحللة في العملية ناتج العملية مصدره من هيكل الجلوكوز المتحلل مصدرها من الأكسجين الجوي ومن الهيدروجينات التي انفصلت عن الجلوكوز المواد أكسجين جلوكوز ثاني أكسيد الكربون ماء حامض البيروفيك

إجابة سؤال 3: أمامك قائمة مواد وقائمة تعريفات . اربط بين المواد والتعريفات المناسبة بواسطة مد خط . يمكن أن يناسب مادة واحدة أكثر من تعريف , وأكثر من مادة واحدة للتعريف الواحد . مواد + تعريفات أكسجين : المستلم النهائي للهيدروجينات جلوكوز: مانح هيدروجينات , مصدر طاقة , المادة المتحللة في العملية ثاني أكسيد الكربون: ناتج العملية , مصدره من هيكل الجلوكوز المتحلل ماء: ناتج العملية , مصدرها من الأكسجين الجوي ومن الهيدروجينات التي انفصلت عن الجلوكوز حامض بيروفيك: ناتج وسطي لعملية التنفس .

سؤال 4: لماذا في كل لحظة محددة كمية الـ ATP في الخلايا قليلة ؟ سؤال 4: بجروت 2006 في جسم الإنسان العادي تنتج أكثر من 40 كغم ATP في اليوم. مع ذلك , في كل وقت محدد كمية ATP في الجسم هي حوالي 50 غرام . فسِّر هذه الحقيقة من خلال التطرق إلى وظيفة ATP في الجسم .

إجابة سؤال 4: بجروت 2006 في جسم الإنسان العادي تنتج أكثر من 40 كغم ATP في اليوم. مع ذلك , في كل وقت محدد كمية ATP في الجسم هي حوالي 50 غرام . فسِّر هذه الحقيقة من خلال التطرق إلى وظيفة ATP في الجسم . إجابة: يتكون الـ ATP ويتحلل كل وقت , لذلك كميته في كل لحظة محددة تكون قليلة , ولكن الكمية الناتجة في اليوم كبيرة .

سؤال 5 : ATP وسيط في تنقلات الطاقة في الخلية . جمل صحيح / غير صحيح فيما يلي مجموعة جمل . أياً منها صحيح وأيها خطأ ؟ أ. ATP وسيط بين عمليات محررة للطاقة وبين عمليات مستهلكة للطاقة في الخلية . ب. لا تستطيع الخلية استحداث الـ ADP والفوسفات (Pi) واستعمالهما مرة أخرى لانتاج ATP . ت. يزود ATP الطاقة الضرورية لانقباض خلية عضلة بواسطة تحلله لـ ADP ولـ Pi. ث. في الخلية التي فيها وتيرة انتاج زلاليات عالية في الريبوزومات . فان وتيرة تحليل ATP عالية أيضاً . ج. كمية الطاقة المخزونة في الـ ADP أكبر من كمية الطاقة المخزونة في الـ ATP . ح. الـ ATP يُستحدث في الخلية . الطاقة غير مستحدثة .

اجابة سؤال 5 : فيما يلي مجموعة جمل . أياً منها وأيها خطأ ؟ أ. ATP وسيط بين عمليات محررة للطاقة بين عمليات مستهلكة للطاقة في الخلية . صحيح ب. لا تستطيع الخلية استحداث الـ ADP والفوسفات (Pi) واستعمالهما مرة أخرى لانتاج ATP . غير صحيح ت. يزود ATP الطاقة الضرورية لانقباض خلية عضلة بواسطة تحلله لـ ADP ولـ Pi. صحيح ث. في الخلية التي فيها وتيرة انتاج زلاليات عالية في الريبوزومات . فان وتيرة تحليل ATP عالية أيضاً . صحيح. الـ ATP يزود طاقة لتفاعلات مستهلكة للطاقة في الخلية مثل انتاج زلاليات بواسطة تحلله . ج. كمية الطاقة المخزونة في الـ ADP أكبر من كمية الطاقة المخزونة في الـ ATP . غير صحيح. من أجل انتاج ATP من ADP ومن Pi توجد حاجة لبذل طاقة . هذه الطاقة لا تختفي انما هي طاقة ”مخزونة“ في الـ ATP , لذلك في الـ ATP يوجد طاقة أكثر مما في الـ ADP. ح. الـ ATP يُستحدث في الخلية . الطاقة غير مستحدثة . صحيح

الميتوكوندريا – ملاءمة المبنى للأداء كما تعلمنا , فان عملية التنفس الخلوي الهوائي (المرحلة الثانية من عملية التنفس الخلوي) تتم في الميتوكوندريا , (ميتوكوندريا جمع , ميتوكوندريون = مفرد) . الميتوكوندريون عضي أسطواني الشكل محاط بغشائين . في الغشاء الداخلي تعرجات كثيرة , وبفضل ذلك فان مساحة السطح الداخلي للغشاء كبيرة مقارنة بالحجم الذي يشغله . في الخلايا غير حقيقية النواة والتي لا يوجد في عضيات , تحدث عملية التنفس الخلوي بالكامل في السيتوبلازم . تكبير ميتوكوندريا واحدة , يمكن رؤية تعرجات الغشاء الداخلي فيها . صورة مجهر الكتروني لخلية , يمكن رؤية ميتوكوندريا بأعداد كبيرة في القسم العلوي منها . Helena sabanay, Weizmann institute © ميتوكوندريا (الدوائر السوداء) نواة الخلية غشاء الخلية Helena sabanay, Weizmann institute ©

صورة ميتوكوندريا في خلية عضلة يظهر في الصورة التالية قسم من خلية عضلة , يوجد داخل الخلية ألياف عضلية (التي تظهر كخيوط مستطيلة) ويوجد بينها تركيز مرتفع من الميتوكوندريا (الدوائر الغامقة) , التي تزود طاقة لانقباض خلية العضلة . ألياف عضلية ميتوكوندريا Helena sabanay, Weizmann institute © يوجد ملاءمة بين عدد الميتوكوندريا في الخلية وبين مستوى استهلاك الطاقة فيها . أمثلة : في خلايا دهنية يوجد ميتوكوندريا بأعداد قليلة . تتواجد الخلايا الدهنية تحت الجلد في أعضاء مختلفة ووظيفتها خزن الدهن (النشاط في الخلية الدهنية منخفض جداً) . في خلية كبد أعداد الميتوكوندريا تتراوح بين 1000-2000 لكل خلية . تحدث في خلية الكبد تفاعلات كثيرة تستهلك طاقة (ATP) .

عملية التنفس في الرئتين من خلال الرئتين يدخل أكسجين ويُستغل للتنفس في الخلايا , ويُطلق CO2 مصدره من التنفس الخلوي CO2 O2 الرئتين O2 CO2 عملية التنفس في الرئتين الرئتين ”بوابة“ يدخل من خلالهما أكسجين للجسم , ويخرج ثاني أكسيد الكربون من الجسم , تشمل عملية التنفس في الرئتين الشهيق , تبادل غازات بين الهواء والدم والزفير . يُستهلك الأكسجين في كل خلايا الجسم في عملية التنفس الخلوي . ينتج في هذه العملية ثاني أكسيد كربون CO2 O2 عملية التنفس الخلوي يُنقل الأكسجين مع الدم لكل خلايا الجسم ويشترك في عملية التنفس الخلوي . في عملية التنفس الخلوي تتحلل المواد الغذائية وتنطلق الطاقة المخزونة فيها . تُستغل الطاقة في العمليات الحياتية للخلايا , وبدونها لا توجد حياة . ينتج في هذه العملية ثاني أكسيد الكربون , وهو عبارة عن فضلات , ويُنقل من الخلايا للدم , ومعه إلى الرئتين ومنها إلى خارج الجسم . يتناول السؤال القادم عملية التنفس في الرئتين والتنفس الخلوي .

محاكاة تتناول العلاقة بين عملية التنفس في الرئتين وعملية التنفس الخلوي محاكاة : انتقال أكسجين ومواد غذائية إلى الخلايا تتناول العلاقة بين التنفس في الرئتين وامتصاص الغذاء في الأمعاء وعملية التنفس في الخلايا . 23

عملية التنفس في الرئتين سؤال 6 سؤال 6: يوجد في الجدول التالي قائمة أقوال , حدد لكل واحد من هذه الأقوال ان كان صحيحاً بالنسبة لعملية التنفس في الرئتين أو أنه صحيحاً بالنسبة للتنفس الذي يحدث في الخلايا (أشيروا بـ + في المكان المناسب) . الأقوال عملية التنفس في الرئتين عملية التنفس الخلوي يحدث تبادل مواد بين الجسم والبيئة الخارجية . لا توجد تفاعلات كيميائية إنما انتقال مواد فقط يحدث تحليل جلوكوز بوجود أكسجين من أجل إنتاج طاقة (مخزونة في الـ ATP) يحدث استغلال أكسجين مصدره التنفس في الرئتين يحدث انتشار للأكسجين من الحويصلات للدم , وانتشار لثاني أكسيد الكربون بالاتجاه المعاكس يحدث تفاعل كيميائي (تتغير المواد وتتحول إلى مواد أخرى) يحدث في كل كائن حي

عملية التنفس في الرئتين اجابة سؤال 6:  الأقوال عملية التنفس في الرئتين عملية التنفس الخلوي يحدث تبادل مواد بين الجسم والبيئة الخارجية . + لا توجد تفاعلات كيميائية إنما انتقال مواد فقط +    يحدث تحليل جلوكوز بوجود أكسجين من أجل إنتاج طاقة (مخزونة في الـ ATP) يحدث استغلال أكسجين مصدره التنفس في الرئتين يحدث انتشار للأكسجين من الحويصلات للدم , وانتشار لثاني أكسيد الكربون بالاتجاه المعاكس  + يحدث تفاعل كيميائي (تتغير المواد وتتحول إلى مواد أخرى) يحدث في كل كائن حي* *لا تتنفس كل الكائنات الحية بواسطة الرئتين , على سبيل المثال , تتنفس الأسماك بواسطة الخياشيم , مخلوقات وحيدة الخلية كالبراميسوم أو مخلوقات بسيطة مثل قنديل البحر تستوعب الأكسجين مباشرةً من الماء في بيئتها . بالمقابل تحدث عملية التنفس الخلوي في خلايا كل الكائنات الحية !

سؤال 7 سؤال 7 : أمامك قائمة مواد : أ. أي من المواد يمكن ان يستعمل مصدر طاقة للعمليات التي تحدث في الخلية ؟ ب.أي من المواد هي مصدر الطاقة المباشر للتفاعلات التي تحدث في الخلية ؟ سكر معقد معادن زلاليات دهنيات ماء أكسجين ATP جلوكوز

نتيجة تحليلها تتحرر طاقة تستغل لانتاج ATP اجابة سؤال 7 : اجابة: أ. المواد العضوية هي مواد غنية بالطاقة وتحرر طاقة عند تحليلها. سكريات معقدة , زلاليات , دهنيات وجلوكوز هي مواد عضوية يمكن أن تستعمل مصدر طاقة ”غير مباشر ” للتفاعلات في الخلية . لانه بمساعدة الطاقة المنطلقة من تحليلها تُنتج الخلية ATP يستعمل مصدر طاقة لتفاعلات مستهلكة للطاقة في الخلية . بقية المواد ( أكسجين , ماء , معادن ) هي مواد غير عضوية وهي ليست مصدر طاقة في الخلية . صحيح ان الاكسجين يشارك في عملية التتنفس الخلوي , ولكن كمادة متفاعلة . ب. ATP فقط هو مصدر الطاقة المباشر للتفاعلات البيوكيميائية في الخلية . مواد عضوية : يمكن أن تستعمل مصدر طاقة للخلايا سكر معقد زلاليات دهنيات جلوكوز ATP مواد غير عضوية : لا يمكن ان تستعمل مصدراً للخلايا معادن ماء أكسجين نتيجة تحليلها تتحرر طاقة تستغل لانتاج ATP هو فقط مصدر الطاقة المباشر لتفاعلات في الخلية.

سؤال 8: تدريج مواد حسب مستوى الطاقة المخزون فيها سؤال 8: بجروت 2009 أ. درِّج المواد التالية من حيث كمية الطاقة المخزونة فيها , من الأصغر إلى الأكبر : حامض بيروفيك , جلوكوز , CO2. ب. فسِّر إجابتك عن البند ”أ“ اعتماداً على ما تعرفه عن عمليات إنتاج الطاقة في الخلية .

إجابة سؤال 8: بجروت 2009 أ. درِّج المواد التالية من حيث كمية الطاقة المخزونة فيها , من الأصغر إلى الأكبر : حامض بيروفيك , جلوكوز , CO2. ب. فسِّر إجابتك عن البند ”أ“ اعتماداً على ما تعرفه عن عمليات إنتاج الطاقة في الخلية . إجابة: أ. CO2, حامض بيروفيك , جلوكوز . ب. يبدأ إنتاج الطاقة في الجلوكوز . في الجلكوليزا تتحرر طاقة تُستغل لإنتاج 2ATP وتبقى بقية الطاقة في حامض البيروفيك الناتج عن تحليل الجلوكوز . وخلال العملية يتحلل حامض البيروفيك وتتحرر طاقة تستعمل لإنتاج ATP28. الناتج CO2 لا يخزن طاقة كثيرة , لأن معظم الطاقة التي كانت مخزونة في الجلوكوز تحررت أثناء التحليل .

سؤال 9: تجربة – التنفس في الخلايا الكاملة وفي أجزاء خلايا سؤال 9: بجروت 2009 فحصوا في تجربة معينة استهلاك أكسجين في المراحل المختلفة للتنفس الخلوي . قاسوا في التجربة استهلاك الأكسجين لخلايا كاملة ولأجزاء مختلفة للخلية , في وسطين (سوبستراتين) مختلفين : جلوكوز وحامض البيروفيك . نتائج التجربة معروضة في الجدول الذي أمامك . (الإشارة (+) تشير إلى أنه كان استهلاك أكسجين , والإشارة (-) تشير إلى أنه لم يكن استهلاك أكسجين ). الجزء المفحوص / الوسط استهلاك الأكسجين جلوكوز حامض البيروفيك خلايا كاملة + ميتوكندريا فقط - سيتوبلازم (بدون عضيات) أ. فسِّر الفرق في استهلاك الأكسجين بين الخلايا الكاملة والميتوكندريا فقط , عندما كان الوسط جلوكوز . ب. فحصوا في نفس التجربة أيضاً تكوّنATP في كل واحد من الوسطين . عندما وضعوا سيتوبلازم ( بدون عضيات ) في وسط جلوكوز , حصلوا علىATP . اشرح لماذا .

إجابة سؤال 9: 2008 الجزء المفحوص / الوسط استهلاك الأكسجين جلوكوز حامض البيروفيك خلايا كاملة + ميتوكندريا فقط - سيتوبلازم (بدون عضيات) أ. فسِّر الفرق في استهلاك الأكسجين بين الخلايا الكاملة والميتوكندريا فقط , عندما كان الوسط جلوكوز . ب. فحصوا في نفس التجربة أيضاً تكوّنATP في كل واحد من الوسطين . عندما وضعوا سيتوبلازم ( بدون عضيات ) في وسط جلوكوز , حصلوا علىATP . اشرح لماذا . إجابة: أ. في الخلايا يدخل حامض البيروفيك للميتوكندريا , وهو ناتج تحليل الجلوكوز في الجليكوليزا . في العملية التي تحدث في الميتوكندريا يُستهلك أكسجين , لذلك في غياب حامض البيروفيك . وبوجود ميتوكندريا فقط , لن تحدث المرحلة الهوائية للتنفس ولن يُستهلك أكسجين . ب. تحدث في السيتوبلازم الجليكوليزا , ويتحلل خلالها جلوكوز , وتتحرر طاقة تُستغل لبناء 2ATP.

سؤال 10: اقتران عمليات محررة للطاقة ومستهلكة للطاقة في الخلية أ. في الخلية يوجد اقتران بين عمليات مُحررة للطاقة وعمليات مُستهلكه للطاقة . أذكر مثالين لاقتران كهذا (بجروت 2008 ) . ب. أعط أمثلة لعمليات مُستهلكة للطاقة التي تحدث في الخلايا , أذكر بالنسبة لكل عملية : أين تحدث في الخلية , وما أهميتها في حياة الخلية .

إجابة سؤال 10: بجروت 2008 إجابة: أ. اقتران بين التنفس الخلوي وبناء الـ ATP. اقتران بين تحليل ATP وبين عملية مستهلكة للطاقة . على سبيل المثال إنتاج زلاليات . ب. العملية تحدث في : أهميتها إنتاج زلاليات ريبوزومات تُستعمل الزلاليات كإنزيمات , ويوجد لها وظائف أخرى : زلاليات نقل في الغشاء , مستقبلات , زلاليات بناء . إنتاج DNA نواة مضاعفة الـ DNA ضرورية لعملية انقسام الخلية . الـ DNA ضروري لأداء الخلايا وظائفها . نقل نشط مضخات الغشاء تُمكِّن انتقال مواد لا تنقل بالانتشار , توجد أهمية لعملية النقل النشط في المحافظة على الاتزان البدني لمكونات المواد المذابة في الخلية ولتركيزها . حركة مكونات في الخلية سيتوبلازم يُمكِّن انتقال مواد لأماكن احتياجاتها . على سبيل المثال , انتقال حويصلات تحوي هورمونات من مكان لنتاجها إلى الغشاء .

تلخيص: التنفس الخلوي في التنفس الخلوي الهوائي تستعمل المخلوقات الأكسجين في عملية تحليل جزيئات عضوية ( خاصة جلوكوز ) , من اجل إنتاج طاقة , ينتج في العملية ماء وثاني أكسيد كربون يُطلق إلى خارج الخلية . يحدث في الخلية اقتران بين عمليات محررة للطاقة وعمليات مستهلكة للطاقة : تُستغل الطاقة المتحررة من تحليل الجلوكوز في بناء ATP من ADP و Pi. وعندما يتحلل الـATP مرة أخرى لـADP و Pi تتحرر الطاقة ”المخزونة“ فيه . تُستغل هذه الطاقة في العمليات المستهلكة للطاقة , على سبيل المثال , النقل النشط الذي تقوم به المضخات في الغشاء . في التنفس الخلوي يحدث تحول طاقة من طاقة كيميائية الى طاقة حرارية : تتحول الطاقة الكيميائية التي كانت مخزونة في المواد العضوية (الجلوكوز) الى طاقة حرارية , ويُستغل قسم منها في انتاج ATP. التنفس هو عملية متعددة المراحل . تُنشط كل مرحلة إنزيمات خاصة . تحدث المرحلة الأولى (الجليكوليزا) . تفاصيل المراحل – في الشريحة القادمة .

تلخيص : تفاصيل مراحل التنفس الخلوي عملية التنفس الخلوي هي عملية إنزيمية متعددة المراحل : 1. المرحلة الاولى – الجليكوليزا – تحدث في السيتوبلازم يتحلل خلالها جزيء الجلوكوز الى ناتج وسطي ( حامض بيروفيك ) وربح الطاقة قليل ( ينتج في هذه المرحلة جزيئان فقط من ال ATP لكل جزيء جلوكوز ) . 2. المرحلة الثانية تحدث في الميتوكندريا , ويشارك فيها الأكسجين , يتحلل حامض البيروفيك في دورة كربس تحليلاً كاملاً إلى ثاني أكسيد كربون وماء . ترتبط ذرات الهيدروجين المنفصلة عن الجلوكوز ترتبط بناقل الهيدروجينات NAD. ينقلها الناقل الى سلسلة نواقل أخرى , مستقبل الهيدروجينات الأخير في السلسلة هو أكسجين , فيتحد معها مكوناً ماء . انتقال الهيدروجينات يرافقه انتقال طاقة تُستغل في بناء ATP. ربح الطاقة أكبر بكثير (يتكون 28 جزيء ATP). أفضلية استعمال الأكسجين: يُمكِّن تحليل كامل للجلوكوز حتىCO2 وماء . مصطلحات من المنهاج : جليكوليزا , تحولات طاقة , حامض بيروفيك , تبادل غازات , دورة كربس , ميتوكندريا , فوسفات .ATP, NAD. توجد كائنات حية التي تعيش في بيئة عديمة الأكسجين وتقوم بعملية تنفس بدون أكسجين – أنظر إلى الشرائح القادمة .

انواع عمليات التنفس الخلوي يتعلق نوع التنفس الخلوي بالكائنات الحية وبيئتها الحياتية . تنفس لا يُستعمل فيه الأكسجين تنفس يُستعمل فيه الأكسجين تنفس هوائي تنفس لا هوائي تخمر المشترك لكل أنواع التنفس هو : يحدث فيها تحليل مواد عضوية (خاصة جلوكوز) , وتُطلق خلاله طاقة تستغل لإنتاج جزيئات ATP, وتُنشطها إنزيمات كبقية عمليات تبادل المواد التي تحدث في الخلايا . تحدث المرحلة الأولى من عملية التنفس الجليكوليزا في جميعها . الاختلاف بين نوعي التنفس هو : استعمال أو عدم استعمال الأكسجين في العملية , مدى تحلل المواد العضوية يؤثر على نواتج العملية وعلى عدد جزيئات ATP الناتجة . سنتناول ذلك في الشرائح القادمة .

تنفس بدون أكسجين الكائنات الحية الكجهرية التي تعيش في بيئات فقيرة أو عديمة الأكسجين , تقوم بعملية تنفس خلوي بدون أكسجين . هنالك نوعان أساسيان من التنفس بدون استعمال الأكسجين : تخمر تنفس لا هوائي الكائنات الحية التي تقوم بعملية التخمر هي أنواع قليلة من البكتيريا والفطريات . يحدث تحليل جزئي للجلوكوز . والنواتج ما زالت مواد عضوية غنية بالطاقة . هنالك تشكيلة من أنواع التخمر . أمثلة : أ. تخمر حامض الحليب: يتم بواسطة بكتيريا حامض الحليب , التي تحلل الجلوكوز إلى حامض حليب . أثناء النشاط البدني , وبعد استغلال كل الأكسجين , ويحدث في عضلات الإنسان تخمر حامض الحليب . ب. تخمر كحولي: يتم بواسطة أنواع قليلة من البكتيريا والفطريات , والتي تحلل الجلوكوز إلى كحول وثاني أكسيد كربون . الكائنات الحية التي تقوم بعملية تنفس لا هوائي هي أنواع قليلة من البكتيريا . يحدث تحليل جلوكوز لمواد غير عضوية . المادة التي تتحد مع الهيدروجينات ليست أكسجين كما في التنفس الهوائي , إنما مادة غير عضوية أخرى . لن نتناول هذا النوع من التنفس .

ربح الطاقة في عملية التخمر مقارنة بالربح في عملية التنفس الهوائي تنفس خلوي هوائي تخمر 30ATP 30ADP 30Pi جلوكوز C6H12O6 ماء ثاني أكسيد الكربون يطلق للبيئة طاقة أكسجين مصدره من البيئة تحليل كامل للجلوكوز بمساعدة الأكسجين . ربح الطاقة: ATP30 جلوكوز C6H12O6 حامض حليب (حامض لاكتيك) 2ADP 2Pi 2ATP طاقة جليكوليزا طاقة جليكوليزا حامض بيروفيك جليكوليزا تخمر حامض الحليب تخمر كحولي كحول وثاني أكسيد كربون النواتج النهائية لعملية التخمر ( حامض حليب , كحول ) هي مواد عضوية لا زالت طاقة كبيرة مخزونة فيها . لأنه في عملية تحليل الجلوكوز لهذه المواد تحرر قسم قليل فقط من الطاقة المخزونة في الجلوكوز . لذلك , الطاقة المتحررة من تحليل جزيء واحد من الجلوكوز تكفي لإنتاج جزيئان من ATP فقط !

استعمالات الكائنات الحية التي تقوم بعلية التخمر في صناعة الغذاء منذ سنوات كثيرة تعلم الإنسان استغلال الكائنات الحية التي تقوم بعمليات تخمر . تُستعمل البكتيريا التي تقوم بتخمر حامض الحليب : أ. في صناعة منتجات الحليب مثل : تحضير اللبن . ب. في صناعة تخليل خضروات مختلفة مثل : تحضير خيار مخلل , زيتون وملفوف . تُستعمل الفطريات التي تقوم بالتخمر الكحولي : أ. في صناعة النبيذ ومشروبات كحولية أخرى . ب. انتفاخ الخبز ومعجنات مختلفة (خميرة) .

سؤال 11: مقارنة بين تنفس هوائي وتخمر كحولي سؤال 11: بجروت 2005 في التخمر الكحولي ينتج كحول و CO2. في التنفس الهوائي ينتج ماء و CO2. الكحول بخلاف الماء و CO2 يمكنه الاشتعال , وفي الاشتعال تنطلق حرارة . كيف ترتبط هذه الحقيقة بالفرق بين كمية الطاقة التي تُنتج في التنفس الهوائي وكمية الطاقة التي تُنتج في التخمر ؟

إجابة سؤال 11: بجروت 2005 في التخمر الكحولي ينتج كحول و CO2. في التنفس الهوائي ينتج ماء و CO2. الكحول بخلاف الماء و CO2 يمكنه الاشتعال , وفي الاشتعال تنطلق حرارة . كيف ترتبط هذه الحقيقة بالفرق بين كمية الطاقة التي تُنتج في التنفس الهوائي وكمية الطاقة التي تُنتج في التخمر ؟ إجابة: في التنفس الهوائي يحدث تحليل كامل للجلوكوز الى مواد غير عضوية فقيرة بالطاقة : CO2 وماء . في التخمر الكحولي يحدث تحليل جزئي , الناتج – كحول , هو مادة عضوية غنية بالطاقة . معظم الطاقة التي كانت مخزونة في الجلوكوز ما زالت موجودة فيه .

سؤال 12: بيولوجيا مع ابتسامة الخميرة: نحن نعاني من انفصام في الشخصية : يوجد في النبيذ أحد نواتجنا , ويوجد في الخبز آثار ناتج آخر لنا . خميرة Photo: Mewasul at Flicker (CC BY-SA 3.0) هل شكوى الخميرة مُحقه ؟ 42

الخميرة: نحن نعاني من انفصام في الشخصية : إجابة خميرة الخميرة: نحن نعاني من انفصام في الشخصية : يوجد في النبيذ أحد نواتجنا , ويوجد في الخبز آثار ناتج آخر لنا . Photo: Mewasul at Flicker (CC BY-SA 3.0) إجابة: شكوى الخميرة محقة . قامت الخميرة في الحالتين بعملية تخمر ونواتجها هي : ثاني أكسيد كربون وكحول . في النبيذ – انطلق ثاني أكسيد الكربون للخارج عن طريق الفتحات التي في براميل التخمر وبقى الكحول (الذي يُعطى النبيذ طعمه ) . بالمقابل , في الخبز – الكحول أيضاً تطاير خلال عملية الخَبْز , وبقيت ثقوب فقط التي نتجت من ثاني أكسيد الكربون (وتُعطي الخبز حجماً ) . 43