ستهلاك 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
http://www.didier-pol.net/03s11-6.gif
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
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 .
Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton
التفاعل الإجمالي لحلقة KREBS :
2Acetyl-CoA + 2ADP + 2Pi + 6NAD + 2FAD -----------------------> 4CO2 + 2ATP + 6NADH + 2FADH2+ 2CoA
انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2 ـ الوثيقة 3
2 ـ 3ـ السلسلة التنفسية:
يحتوي الغشاء الداخلي للميتوكوندريات على سلسلة من نواقل الالكترونات قادرة على أكسدة جزيئات NADH و FADH2 و نقل الالكترونات إلى المستقبل النهائي (الأكسجين O2 ) .
1/2O2 + 2e- --------------------> O2-
انظر الوثيقة 1 ـ الوثيقة 2
الطاقة الناتجة عن انتقال الالكترونات تعمل على إدخال ايونات +H من الماتريس إلى الحيز البيغشائي ، حدوث فرق في PH بين الماتريس و الحيز البيغشائي ضروري لتدفق ايونات +H على مستوى الكرات ذات شمراخ نحو الماتريس ليتم تركيب جزيئات ATP عن طريق تفسفر ADP .انظر الوثيقة
تركيب ATP الذي يستغل الطاقة الناتجة عن تفاعلات الأكسدة و الاختزال يسمى التفسفر المؤكسد . انظر الوثيقة 1 ـ الوثيقة2
على مستوى الماتريس تتفاعل ايونات +H مع O2- لتعطي جزيئة الماء:
O2-+ 2H+ --------------------> H2O
الوثيقة1 ـ الوثيقة 2 ـ الوثيقة 3
Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton
ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من NADH تعطي 3ATP
ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من FADH2 تعطي 2ATP
3ـ الحصيلة الطاقية:
نظريا نحصل على 38ATP لكن في الواقع نحصل على 36ATP فقط لأن نواقل NADH الناتجة في الجبلة الشفافة لا تدخل إلى الميتوكوندري و لكن تعوض بنواقل FADH2 باستثناء خلايا القلب و الكبد حيث تعوض بنواقل NADH .
الكائنات ذات النواة غير الحقيقية PROCARYOTE لا تتوفر على ميتوكوندريات حيث غشائها الداخلي يلعب دور الغشاء الداخلي للميتوكوندريات و بالتالي يتم إنتاج 38ATP في الوسط الحيهوائي.
4ـ خلاصة:انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2
انظر أيضا الملف winrar
III / التخمر La fermentation
1 ـ ملاحظات أولية:
ـ يحمض الحليب تحت تأثير بكتيريات حيلاهوائية تحول اللاكتوز ( سكر الحليب) إلى حمض لبني الذي يتسبب في تخثر بروتين الحليب الجبنين.
ـ يتكون الحمض اللبني داخل العضلات المتعبة بعد القيام بنشاط عضلي قوي و طويل.
2 ـ تفسير:
عندما يصبح تزويد الخلية بالأكسجين غير كاف يمنع حمض البيروفيك من الدخول في سلسلة الأكسدة التنفسية فيتحول إلى حمض لبني بأكسدته لــ NADH حسب التفاعل التالي:
CH3-CO-COOH + NADH ------------------------->CH3-CHOH-COOH + NAD
حمص لبني حمض بيروفيك
تسمى هذه الظاهرة بالتخمر اللبني و تحدث في الجبلة الشفافة. انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2
هناك أنواع أخرى من التخمرات كالتخمر الكحولي الذي ينتج الاثانول و التخمر الزبدي الذي ينتج الحمض الزبدي ...
3ـ الحصيلة الطاقية:
التفاعل الإجمالي للتخمر اللبني:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -----------------------> 2(CH3-CHOH-COOH) + 2ATP
التفاعل الإجمالي للتخمر الكحولي:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -----------------------> 2C2H5OH + 2CO2 +2ATP
الوثيقة
في كلا الحالتين يتم إنتاج 2ATP
IV / مقارنة الحصيلة الطاقية للتنفس و التخمر:
التخمر
التنفس
2ATP
36ATP
ـ الحصيلة الطاقية للتنفس أكبر من التخمر لأن جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل بعض الفضلات( الحمض اللبني أو الكحول).
الوثيقة
V / مقارنة المردود الطاقي للتنفس و التخمر:
ـ جزيئة كليكوز تحتوي على طاقة كامنة تقدر بــ 686Kcal
ـ حلمأة جزيئة ATP تعطي طاقة تقدر بـ 7,3Kcal
المردود الطاقي للتخمر
المردود الطاقي للتنفس
2 x 7,3/686 x 100= 2,13%
36 x 7,3/686 x 100= 38,31%
ـ المردود الطاقي للتنفس أكبر من التخمر لأن جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل الحمض اللبني أو الكحول.
ـ في كلتا الحالتين لا يتم تحويل كل الطاقة الكامنة في الكليكوز إلى ATP على مستوى الخلية و إنما يضيع جزء منها على شكل حرارة ، حيث لا يتم الاستفادة إلا من 38,31% من الطاقة الكامنة في الكليكوز خلال التنفس و 2,13% فقط خلال التخمر.
VI / دور العضلات الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة:
العضلات الهيكلية هي كل العضلات المرتبطة بالهيكل العظمي و تمكن من القيام بالحركات عن طريق التقلص و تتميز بصفة عامة بالاهتياجية أي القدرة على الاستجابة لعامل مهيج و القلوصية أي القدرة على التقلص.
1 ـ دراسة تجريبية للتقلص العضلي( الظواهر الميكانيكية):
1 - 1 - العدة التجريبية:
توصل عضلة بطن الساق لضفدعة مخربة الدماغ و النخاع الشوكي بجهاز تسجيل التقلص العضلي الذي يسمى راسمة عضلية ثم نهيج العضلة إما بطريقة مباشرة أو غير مباشرة ( تهييج العصب الوركي) فنحصل على تسجيلات تسمى رسوم تخطيطية عضلية .
1 - 2 - تحليل التسجيلات العضلية: الوثيقة
أ - استجابة العضلة لاهاجة واحدة:
يمكن تقسيم المنحنى إلى ثلاثة أقسام:
ـ زمن الكمون : و هو المدة الزمنية التي تفصل التنبيه عن الاستجابة العضلية.
ـ مرحلة التقلص العضلي .
ـ مرحلة الارتخاء: أثناءها تعود العضلة إلى طولها الأصلي.
عند التنبيه الوحيد للعضلة نحصل على استجابة سريعة للعضلة تسمى الرعشة العضلية أو المخطط العضلي.
ب - استجابة العضلة لاهاجات متباعدة ذات شدة متصاعدة:
الشدة S1 لا تحدث التقلص العضلي و تسمى شدة غير فعالة.
الشدة S2 التي تحدث فيها أول استجابة تسمى العتبة أو الريوباز .
انطلاقا من S2 و كلما ارتفعت شدة الاهاجة كلما ازداد وسع التقلص و عندما تصل الشدة إلى S4 يضل عندئذ الوسع في قيمته القصوى مهما ارتفعت شدة الاهاجة و هذا يفسر بكون العضلة تتكون من ألياف عضلية و كلما ازدادت شدة الاهاجة إلا و يزداد عدد الألياف المستجيبة و عندما تستجيب كل الألياف يبقى الوسع ثابتا في قيمته القصوى و هذا ما يعرف بقانون التجنيد أو الإجمال بحيث تضاف استجابة الألياف لبعضها البعض.
ج - استجابة العضلة لاهاجات متتالية و متماثلة و فعالة :
ـ إذا وقع التهييج الثاني بعد انتهاء الاستجابة الأولى نحصل على رعشة معزولة بنفس الوسع.
ـ إذا وقع التهييج الثاني خلال مرحلة الارتخاء تلتحم الاستجابتان بشكل غير تام مع وسع أكبر للثانية.
ـ إذا وقع التهييج الثاني خلال مرحلة تقلص الاستجابة الأولى تلتحم الاستجابتان بشكل تام و نحصل على رعشة واحدة ذات وسع كبير.
د - استجابة العضلة لسلسلة من الاهاجات المتماثلة و المتقاربة:
ـ إذا كانت الاهاجات متباعدة تلتحم الاستجابات جزئيا و نتكلم عن كزاز غير تام.
ـ إذا كانت الاهاجات متقاربة تلتحم الاستجابات كليا و نتكلم عن كزاز تام.
التقلص الطبيعي للعضلة في الجسم عبارة عن كزاز تام يعني أن الجهاز العصبي يرسل سيالات عصبية مستمرة و متقاربة.
و - التعب العضلي:
نخضع العضلة لتنبيه واحد فنحصل على رعشة عضلية 1 ، بعد ذلك نخضعها لسلسلة من الاهاجات الغير مسجلة و في النهاية نخضعها لتنبيه أخير فنحصل على المخطط 2 .
يتميز التعب العضلي بالزيادة في مدة الكمون و نقصان في وسع التقلص و إطالة مدة الرعشة.
2 ـ الظواهر المرافقة للتقلص العضلي:
2 ـ 1 ـ ملاحظات:
خلال التمرين الرياضي يلاحظ إضافة إلى تقلص العضلات ( الظواهر الميكانيكية ) الظواهر التالية:
ـ ارتفاع درجة حرارة العضلات .
ـ ارتفاع كمية O2 المستهلك و CO2 المطروح ( ارتفاع التردد التنفسي)
ـ ارتفاع التردد القلبي و الصبيب الدموي.
2 ـ 2 ـ استنتاج:
التقلص في جوانبه الميكانيكية يكون مصحوبا بظواهر أخرى حرارية و كيميائية( طاقية).
2 ـ 3 ـ الظواهر الحرارية:
تطرح الحرارة من طرف العضلة في مرحلين أساسيتين:
ـ المرحلة الأولى: تحرر خلال الرعشة العضلية و تسمى الحرارة الأولية و تستغرق مدة وجيزة و يحرر جزء منها خلال مرحلة التقلص و الجزء الآخر خلال مرحلة الارتخاء.
ـ المرحلة الثانية: تحرر بعد الرعشة العضلية و تسمى الحرارة المتأخرة و هي ذات شدة أضعف و تستغرق مدة أطول .
2 ـ 4 ـ الظواهر الطاقية:
المصدر المباشر للطاقة اللازمة للتقلص العضلي هي حلمأة جزيئة ATP
ATP + H2O ----------------------> ADP + Pi + 7,3Kcal
جزء من هذه الطاقة يستعمل في التقلص العضلي و الجزء الآخر يضيع على شكل حرارة التقلص.
ـ طرق تجديد ATP: انظر الوثيقة
أ ـ تفاعلات سريعة لاهوائية لالبنية:Anaerobe alactique
و هي مصدر الحرارة الأولية خصوصا حرارة الارتخاء .
ـ التفاعل الأول :
ADP + ADP ------------ enzyme Myokinase----------> ATP +AMP + حرارة الارتخاء
ـ التفاعل الثاني : تحتوي الألياف العضلية على مركب غني بالطاقة يسمى كرياتين فوسفاط أو فوسفاجين Creatine-P
ADP + Creatine-P --------------------------------------> ATP +Creatine + حرارة الارتخاء
ب ـ تفاعلات متوسطة لاهوائية لبنية:التخمر اللبني.Anaerobe lactique
في غياب O2 و بعد تفكيك الكليكوز إلى حمض بيروفيك يختزل هذا الأخير إلى حمض لبني .
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -----------------------> 2(CH3-CHOH-COOH) + 2ATP
يسبب تراكم الحمض اللبني انخفض PH العضلة و بالتالي انخفاض فعالية الأنزيمات و انخفاض الإستقلاب العضلي مما يؤدي إلى التعب العضلي.
ج ـ تفاعلات بطيئة هوائية :Aerobe
في وجود O2 و بعد تفكيك الكليكوز إلى حمض بيروفيك يدخل هذا الأخير في التأكسدات التنفسية داخل الميتوكوندري و هي مصدر الحرارة المتأخرة.
C6H12O6 + O2 -------------> CO2 + H2O + 36ATP + الحرارة المتأخرة
2 ـ بنية العضلة الهيكلية المخططة:
2 ـ 1 ـ بالعين المجردة:
2 ـ 2 ـ بالمجهر الضوئي:
أ ـ المقطع الطولي و العرضي:
تتكون العضلة من عدة ألياف عضليةMyofibres على شكل حزم، ذات لون أحمر لاحتوائها على الخضاب العضلي و هو بروتين متخصص في نقل الغازات التنفسية و هناك أيضا وجود أوعية دموية و أعصاب.
مقطع عرضي لألياف عضلية
مقطع طولي لألياف عضلية
http://www.biomultimedia.net/archiv/muscle.htm
ب ـ بنية الليف العضلي:انظر الرابط
رسم تخطيطي جزئي ثلاثي الأبعاد لخلية عضلية= ليف عضلي
http://www.humans.be/physio%20muscle.html
يمثل كل ليف عضلي خلية ضخمة متعددة النوى يصل طولها إلى عدة cm محاطة بغشاء يسمى غشاء ساركوبلاسمي و تحتوي على سيتوبلاسم (ساركوبلاسم) يحتوي على العديد من الميتوكوندريات و شبكة سيتوبلاسمية كثيفة غنية بالكالسيوم ، كما يحتوي على كمية من الغليوكوجين و الخضاب العضلي.
انظر الرابط
ج ـ بنية اللييف العضليmyofibrille:ملاحظة بتكبير 20.000
http://www.biomultimedia.net/archiv/muscle.htm
يتشكل كل لييف عضلي من تناوب أشرطة فاتحة I (رقم 3 )و أشرطة داكنة A (رقم 2 )، و يظهر وسط كل شريط داكن منطقة فاتحة تدعى المنطقة H و وسط كل شريط فاتح خط قاتم يدعى الحز Z ( رقم 1 ).
تسمى المنطقة المحصورة بين حزي Z متتالين ساركومير (رقم 5 ) و يعتبر هذا الأخير الوحدة البنيوية و الوظيفية للييف العضلي.
http://www.iav.ac.ma/veto/filveto/guides/phys/hossaini/agroveto/page/muscle/muscle.htm#paraII
2 ـ 3 ـ بالمجهر الإلكتروني:
أ ـ فوق بنية اللييف العضلي Myofibrille :
يتشكل كل لييف عضلي من صنفين من الخييطات العضلية Myofilaments:
ـ خييطات سميكة مكونة من بروتين يدعى ميوزين .(رقم 7 )
ـ خييطات دقيقة مكونة من بروتين يدعى أكتين .(رقم 6 )
الشريط الفاتح I مكون فقط من الأكتين أما الشريط القاتمA يتكون من النوعين من الخييطات باستثناء المنطقة H حيث يتواجد الميوزين فقط.
ب ـ فوق بنية الخييطات العضلي:
ـ خييط الميوزين يتكون من مئات جزيئات الميوزين و تتكون كل جزيئة من ساق و رأسين كرويين.
جزيئة الميوزين
خييط الميوزين
ـ خييط الأكتين يتكون من مئات جزيئات كروية من الأكتين على شكل سلسلتين ملتويتين و ترتبط بهما بروتينات أخرى تدعى تروبونين و تروبوميوزين.
خلاصة:
http://www.biomultimedia.net
انظر أيضا الرابط
3 ـ التقلص العضلي:
3 ـ 1 ـ ملاحظة:
voir l'animation1
l'animation 2
خلال التقلص العضلي نلاحظ :
ـ اقتراب الحزات Z فيما بينها.
ـ تقصير طول الساركومير و اختزال طول الأشرطة الفاتحة و استقرار طول الأشرطة القاتمة.
ـ نقصان طول المنطقة H و أحيانا اختفائها .
الوثيقة
و بما أن طول الأشرطة القاتمة يبقى ثابتا فليس هناك تقصير للخييطات بل انزلاق فيما بينها .
3 ـ 2 ـ كيف يتم انزلاق الخييطات فيما بينها؟
أ ـ معطيات:
ـ حقن لييف عضلي بالكالسيوم يؤدي إلى التقلص.
ـ ساركوبلاسم الخلية العضلية فقير من الكالسيوم بينما الشبكة السيتوبلاسمية غنية .
ـ عند إضافة الكالسيوم و ATP إلى خييطات الأكتين و الميوزين نلاحظ اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين و تشكل مركب الأكتوميوزين.
ـ في غياب الكالسيوم لا يتكون مركب الأكتوميوزين لأن مواقع اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين تكون مقنعة ببروتينات تروبونين و تروبوميوزين.
ب ـ مراحل التقلص العضلي: الوثيقة
1ـ عند التنبيه تصل السيالة العصبية إلى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية عبر أنابيب مستعرضة فتحرر الكالسيوم .
2 ـ بوجود الكالسيوم يصبح مكان تثبيت الميوزين بالأكتين مكشوفا.
3 ـ تشكل مركب الأكتوميوزين نتيجة اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين .
4 ـ حلمأة ATP المرتبطة برؤوس الميوزين و تحرير طاقة تؤدي إلى دوران رؤوس الميوزين و بالتالي انزلاق خييطات الأكتين بالنسبة للميوزين.
5 ـ عند توقف التنبيه يتم ضخ الكالسيوم إلى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية فتصبح مواقع اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين مقنعة من جديد و يتم تثبيت جزيئات ATP جديدة على رؤوس الميوزين مما يؤدي إلى انفصال رؤوس الميوزين عن الأكتين فيحدث الارتخاء.
http://www.sci.sdsu.edu/movies/actin_myosin_gif.html
مراحل التقلص العضلي
الوثيقة3
الوثيقة2
الوثيقة1
4 ـ خلاصة:
تحول العضلة الطاقة الناتجة عن حلمأة ATP ( طاقة كيميائية) إلى انزلاق خييطات الأكتين بالنسبة للميوزين ( طاقة ميكانيكية) و يصرف جزء من هذه الطاقة على شكل حرارة ( طاقة حرارية) فالعضلة إذن محول للطاقة من حالتها الكيميائية إلى حالتها الميكانيكية و الحرارية.
VII / خلاصة عامة:
VIII / دور المادة العضوية و الطاقة في بناء و تجديد المادة الحية:
1 ـ تجديد و تركيب المادة الحية:
تتجدد الجزيئات العضوية المكونة للمادة الحية عند الكائنات الحية باستمرار حيث تموت خلايا و تعوض بأخرى جديدة.
برنام للتحميل يوضح مكونات الخلية
2 ـ الكشف عن تجديد المادة الحية:
2 ـ 1 ـ معطيات تجريبية:
تعطى لفئران بالغة وجبات غنية بأحماض أمينية مشعة و تؤخذ قطع من كبدها بانتظام و تقاس بها نسبة الإشعاع ، تمثل الوثيقة التالية النتائج المحصل عليها:
2 ـ 2 ـ تحليل و استنتاج:
هناك زيادة نسبة الإشعاع للبروتينات على مستوى الخلايا الكبدية خلال اليوم الأول من بداية التجربة لكن بعد ذلك يبدأ الإشعاع في الانخفاض تدريجيا ليصل إلى أدنى نسبة في اليوم التاسع ، و تدل هذه النتائج على أن البروتينات تتجدد باستمرار على مستوى الخلية.
و كما هو الشأن بالنسبة للبروتينات تتجدد أيضا الجزيئات الأخرى المكونة للمادة الحية باستمرار.
3ـ دراسة مثال لتحديد المسير الضمخلوي للبروتينات المركبة:
البنكرياس غدة مختلطة تتكون من بنيتين أساسيتين:
ـ جزيرات Langerhans تفرز الهرمونات البنكرياسية.
ـ العنبات تفرز عصارة بنكرياسية غنية بالأنزيمات البروتينية.
تتكون كل عنبة من عدة خلايا مفرزة تحيط بفتحة تتجمع فيها العصارة الهضمية قبل أن تنتقل بواسطة القناة البنكرياسية إلى الاثنا عشري.
http://education.vetmed.vt.edu/Curriculum/VM8054/Labs/Lab20/LAB20.HTM
http://s.martinez.free.fr/V2/biologie/notions/1020-cellule-foie-pancreas.html
لتتبع مسير البروتينات المركبة من طرف العنبات نقوم بالايسام الإشعاعي للبروتينات و تتبع الإشعاع بواسطة التصوير الذاتي، و تمثل الوثيقة التالية النتائج المحصل عليها:
http://s.martinez.free.fr/V2/biologie/notions/1020-cellule-foie-pancreas.html
من خلال الوثيقة يتبين أن الإشعاع يظهر أولا على مستوى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية المحببة و يتناقص بعد ذلك و بالمقابل يرتفع على مستوى جهاز غولجي و يتراجع بدوره ليتبعه ظهور على مستوى الحويصلات الإفرازية .
يتبين إذن أن دخول الأحماض الأمينية إلى الخلية يصاحبه تركيب للبروتينات على مستوى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية المحببة (و ذلك باستعمال الطاقة ATP الناتجة عن تفكيك المادة العضوية ) ثم تنتقل هذه البروتينات إلى جهاز غولجي و بعده إلى الحويصلات الإفرازية و من تم إلى خارج الخلية الإفرازية عن طريق ظاهرة
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
http://www.didier-pol.net/03s11-6.gif
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
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 .
Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton
التفاعل الإجمالي لحلقة KREBS :
2Acetyl-CoA + 2ADP + 2Pi + 6NAD + 2FAD -----------------------> 4CO2 + 2ATP + 6NADH + 2FADH2+ 2CoA
انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2 ـ الوثيقة 3
2 ـ 3ـ السلسلة التنفسية:
يحتوي الغشاء الداخلي للميتوكوندريات على سلسلة من نواقل الالكترونات قادرة على أكسدة جزيئات NADH و FADH2 و نقل الالكترونات إلى المستقبل النهائي (الأكسجين O2 ) .
1/2O2 + 2e- --------------------> O2-
انظر الوثيقة 1 ـ الوثيقة 2
الطاقة الناتجة عن انتقال الالكترونات تعمل على إدخال ايونات +H من الماتريس إلى الحيز البيغشائي ، حدوث فرق في PH بين الماتريس و الحيز البيغشائي ضروري لتدفق ايونات +H على مستوى الكرات ذات شمراخ نحو الماتريس ليتم تركيب جزيئات ATP عن طريق تفسفر ADP .انظر الوثيقة
تركيب ATP الذي يستغل الطاقة الناتجة عن تفاعلات الأكسدة و الاختزال يسمى التفسفر المؤكسد . انظر الوثيقة 1 ـ الوثيقة2
على مستوى الماتريس تتفاعل ايونات +H مع O2- لتعطي جزيئة الماء:
O2-+ 2H+ --------------------> H2O
الوثيقة1 ـ الوثيقة 2 ـ الوثيقة 3
Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton
ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من NADH تعطي 3ATP
ـ إعادة أكسدة جزيئة واحدة من FADH2 تعطي 2ATP
3ـ الحصيلة الطاقية:
نظريا نحصل على 38ATP لكن في الواقع نحصل على 36ATP فقط لأن نواقل NADH الناتجة في الجبلة الشفافة لا تدخل إلى الميتوكوندري و لكن تعوض بنواقل FADH2 باستثناء خلايا القلب و الكبد حيث تعوض بنواقل NADH .
الكائنات ذات النواة غير الحقيقية PROCARYOTE لا تتوفر على ميتوكوندريات حيث غشائها الداخلي يلعب دور الغشاء الداخلي للميتوكوندريات و بالتالي يتم إنتاج 38ATP في الوسط الحيهوائي.
4ـ خلاصة:انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2
انظر أيضا الملف winrar
III / التخمر La fermentation
1 ـ ملاحظات أولية:
ـ يحمض الحليب تحت تأثير بكتيريات حيلاهوائية تحول اللاكتوز ( سكر الحليب) إلى حمض لبني الذي يتسبب في تخثر بروتين الحليب الجبنين.
ـ يتكون الحمض اللبني داخل العضلات المتعبة بعد القيام بنشاط عضلي قوي و طويل.
2 ـ تفسير:
عندما يصبح تزويد الخلية بالأكسجين غير كاف يمنع حمض البيروفيك من الدخول في سلسلة الأكسدة التنفسية فيتحول إلى حمض لبني بأكسدته لــ NADH حسب التفاعل التالي:
CH3-CO-COOH + NADH ------------------------->CH3-CHOH-COOH + NAD
حمص لبني حمض بيروفيك
تسمى هذه الظاهرة بالتخمر اللبني و تحدث في الجبلة الشفافة. انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2
هناك أنواع أخرى من التخمرات كالتخمر الكحولي الذي ينتج الاثانول و التخمر الزبدي الذي ينتج الحمض الزبدي ...
3ـ الحصيلة الطاقية:
التفاعل الإجمالي للتخمر اللبني:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -----------------------> 2(CH3-CHOH-COOH) + 2ATP
التفاعل الإجمالي للتخمر الكحولي:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -----------------------> 2C2H5OH + 2CO2 +2ATP
الوثيقة
في كلا الحالتين يتم إنتاج 2ATP
IV / مقارنة الحصيلة الطاقية للتنفس و التخمر:
التخمر
التنفس
2ATP
36ATP
ـ الحصيلة الطاقية للتنفس أكبر من التخمر لأن جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل بعض الفضلات( الحمض اللبني أو الكحول).
الوثيقة
V / مقارنة المردود الطاقي للتنفس و التخمر:
ـ جزيئة كليكوز تحتوي على طاقة كامنة تقدر بــ 686Kcal
ـ حلمأة جزيئة ATP تعطي طاقة تقدر بـ 7,3Kcal
المردود الطاقي للتخمر
المردود الطاقي للتنفس
2 x 7,3/686 x 100= 2,13%
36 x 7,3/686 x 100= 38,31%
ـ المردود الطاقي للتنفس أكبر من التخمر لأن جزيئة الكليكوز تخضع خلال التنفس لتفكيك تام أما خلال التخمر فيكون التفكيك غير تام حيث تبقى كمية من الطاقة داخل الحمض اللبني أو الكحول.
ـ في كلتا الحالتين لا يتم تحويل كل الطاقة الكامنة في الكليكوز إلى ATP على مستوى الخلية و إنما يضيع جزء منها على شكل حرارة ، حيث لا يتم الاستفادة إلا من 38,31% من الطاقة الكامنة في الكليكوز خلال التنفس و 2,13% فقط خلال التخمر.
VI / دور العضلات الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة:
العضلات الهيكلية هي كل العضلات المرتبطة بالهيكل العظمي و تمكن من القيام بالحركات عن طريق التقلص و تتميز بصفة عامة بالاهتياجية أي القدرة على الاستجابة لعامل مهيج و القلوصية أي القدرة على التقلص.
1 ـ دراسة تجريبية للتقلص العضلي( الظواهر الميكانيكية):
1 - 1 - العدة التجريبية:
توصل عضلة بطن الساق لضفدعة مخربة الدماغ و النخاع الشوكي بجهاز تسجيل التقلص العضلي الذي يسمى راسمة عضلية ثم نهيج العضلة إما بطريقة مباشرة أو غير مباشرة ( تهييج العصب الوركي) فنحصل على تسجيلات تسمى رسوم تخطيطية عضلية .
1 - 2 - تحليل التسجيلات العضلية: الوثيقة
أ - استجابة العضلة لاهاجة واحدة:
يمكن تقسيم المنحنى إلى ثلاثة أقسام:
ـ زمن الكمون : و هو المدة الزمنية التي تفصل التنبيه عن الاستجابة العضلية.
ـ مرحلة التقلص العضلي .
ـ مرحلة الارتخاء: أثناءها تعود العضلة إلى طولها الأصلي.
عند التنبيه الوحيد للعضلة نحصل على استجابة سريعة للعضلة تسمى الرعشة العضلية أو المخطط العضلي.
ب - استجابة العضلة لاهاجات متباعدة ذات شدة متصاعدة:
الشدة S1 لا تحدث التقلص العضلي و تسمى شدة غير فعالة.
الشدة S2 التي تحدث فيها أول استجابة تسمى العتبة أو الريوباز .
انطلاقا من S2 و كلما ارتفعت شدة الاهاجة كلما ازداد وسع التقلص و عندما تصل الشدة إلى S4 يضل عندئذ الوسع في قيمته القصوى مهما ارتفعت شدة الاهاجة و هذا يفسر بكون العضلة تتكون من ألياف عضلية و كلما ازدادت شدة الاهاجة إلا و يزداد عدد الألياف المستجيبة و عندما تستجيب كل الألياف يبقى الوسع ثابتا في قيمته القصوى و هذا ما يعرف بقانون التجنيد أو الإجمال بحيث تضاف استجابة الألياف لبعضها البعض.
ج - استجابة العضلة لاهاجات متتالية و متماثلة و فعالة :
ـ إذا وقع التهييج الثاني بعد انتهاء الاستجابة الأولى نحصل على رعشة معزولة بنفس الوسع.
ـ إذا وقع التهييج الثاني خلال مرحلة الارتخاء تلتحم الاستجابتان بشكل غير تام مع وسع أكبر للثانية.
ـ إذا وقع التهييج الثاني خلال مرحلة تقلص الاستجابة الأولى تلتحم الاستجابتان بشكل تام و نحصل على رعشة واحدة ذات وسع كبير.
د - استجابة العضلة لسلسلة من الاهاجات المتماثلة و المتقاربة:
ـ إذا كانت الاهاجات متباعدة تلتحم الاستجابات جزئيا و نتكلم عن كزاز غير تام.
ـ إذا كانت الاهاجات متقاربة تلتحم الاستجابات كليا و نتكلم عن كزاز تام.
التقلص الطبيعي للعضلة في الجسم عبارة عن كزاز تام يعني أن الجهاز العصبي يرسل سيالات عصبية مستمرة و متقاربة.
و - التعب العضلي:
نخضع العضلة لتنبيه واحد فنحصل على رعشة عضلية 1 ، بعد ذلك نخضعها لسلسلة من الاهاجات الغير مسجلة و في النهاية نخضعها لتنبيه أخير فنحصل على المخطط 2 .
يتميز التعب العضلي بالزيادة في مدة الكمون و نقصان في وسع التقلص و إطالة مدة الرعشة.
2 ـ الظواهر المرافقة للتقلص العضلي:
2 ـ 1 ـ ملاحظات:
خلال التمرين الرياضي يلاحظ إضافة إلى تقلص العضلات ( الظواهر الميكانيكية ) الظواهر التالية:
ـ ارتفاع درجة حرارة العضلات .
ـ ارتفاع كمية O2 المستهلك و CO2 المطروح ( ارتفاع التردد التنفسي)
ـ ارتفاع التردد القلبي و الصبيب الدموي.
2 ـ 2 ـ استنتاج:
التقلص في جوانبه الميكانيكية يكون مصحوبا بظواهر أخرى حرارية و كيميائية( طاقية).
2 ـ 3 ـ الظواهر الحرارية:
تطرح الحرارة من طرف العضلة في مرحلين أساسيتين:
ـ المرحلة الأولى: تحرر خلال الرعشة العضلية و تسمى الحرارة الأولية و تستغرق مدة وجيزة و يحرر جزء منها خلال مرحلة التقلص و الجزء الآخر خلال مرحلة الارتخاء.
ـ المرحلة الثانية: تحرر بعد الرعشة العضلية و تسمى الحرارة المتأخرة و هي ذات شدة أضعف و تستغرق مدة أطول .
2 ـ 4 ـ الظواهر الطاقية:
المصدر المباشر للطاقة اللازمة للتقلص العضلي هي حلمأة جزيئة ATP
ATP + H2O ----------------------> ADP + Pi + 7,3Kcal
جزء من هذه الطاقة يستعمل في التقلص العضلي و الجزء الآخر يضيع على شكل حرارة التقلص.
ـ طرق تجديد ATP: انظر الوثيقة
أ ـ تفاعلات سريعة لاهوائية لالبنية:Anaerobe alactique
و هي مصدر الحرارة الأولية خصوصا حرارة الارتخاء .
ـ التفاعل الأول :
ADP + ADP ------------ enzyme Myokinase----------> ATP +AMP + حرارة الارتخاء
ـ التفاعل الثاني : تحتوي الألياف العضلية على مركب غني بالطاقة يسمى كرياتين فوسفاط أو فوسفاجين Creatine-P
ADP + Creatine-P --------------------------------------> ATP +Creatine + حرارة الارتخاء
ب ـ تفاعلات متوسطة لاهوائية لبنية:التخمر اللبني.Anaerobe lactique
في غياب O2 و بعد تفكيك الكليكوز إلى حمض بيروفيك يختزل هذا الأخير إلى حمض لبني .
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -----------------------> 2(CH3-CHOH-COOH) + 2ATP
يسبب تراكم الحمض اللبني انخفض PH العضلة و بالتالي انخفاض فعالية الأنزيمات و انخفاض الإستقلاب العضلي مما يؤدي إلى التعب العضلي.
ج ـ تفاعلات بطيئة هوائية :Aerobe
في وجود O2 و بعد تفكيك الكليكوز إلى حمض بيروفيك يدخل هذا الأخير في التأكسدات التنفسية داخل الميتوكوندري و هي مصدر الحرارة المتأخرة.
C6H12O6 + O2 -------------> CO2 + H2O + 36ATP + الحرارة المتأخرة
2 ـ بنية العضلة الهيكلية المخططة:
2 ـ 1 ـ بالعين المجردة:
2 ـ 2 ـ بالمجهر الضوئي:
أ ـ المقطع الطولي و العرضي:
تتكون العضلة من عدة ألياف عضليةMyofibres على شكل حزم، ذات لون أحمر لاحتوائها على الخضاب العضلي و هو بروتين متخصص في نقل الغازات التنفسية و هناك أيضا وجود أوعية دموية و أعصاب.
مقطع عرضي لألياف عضلية
مقطع طولي لألياف عضلية
http://www.biomultimedia.net/archiv/muscle.htm
ب ـ بنية الليف العضلي:انظر الرابط
رسم تخطيطي جزئي ثلاثي الأبعاد لخلية عضلية= ليف عضلي
http://www.humans.be/physio%20muscle.html
يمثل كل ليف عضلي خلية ضخمة متعددة النوى يصل طولها إلى عدة cm محاطة بغشاء يسمى غشاء ساركوبلاسمي و تحتوي على سيتوبلاسم (ساركوبلاسم) يحتوي على العديد من الميتوكوندريات و شبكة سيتوبلاسمية كثيفة غنية بالكالسيوم ، كما يحتوي على كمية من الغليوكوجين و الخضاب العضلي.
انظر الرابط
ج ـ بنية اللييف العضليmyofibrille:ملاحظة بتكبير 20.000
http://www.biomultimedia.net/archiv/muscle.htm
يتشكل كل لييف عضلي من تناوب أشرطة فاتحة I (رقم 3 )و أشرطة داكنة A (رقم 2 )، و يظهر وسط كل شريط داكن منطقة فاتحة تدعى المنطقة H و وسط كل شريط فاتح خط قاتم يدعى الحز Z ( رقم 1 ).
تسمى المنطقة المحصورة بين حزي Z متتالين ساركومير (رقم 5 ) و يعتبر هذا الأخير الوحدة البنيوية و الوظيفية للييف العضلي.
http://www.iav.ac.ma/veto/filveto/guides/phys/hossaini/agroveto/page/muscle/muscle.htm#paraII
2 ـ 3 ـ بالمجهر الإلكتروني:
أ ـ فوق بنية اللييف العضلي Myofibrille :
يتشكل كل لييف عضلي من صنفين من الخييطات العضلية Myofilaments:
ـ خييطات سميكة مكونة من بروتين يدعى ميوزين .(رقم 7 )
ـ خييطات دقيقة مكونة من بروتين يدعى أكتين .(رقم 6 )
الشريط الفاتح I مكون فقط من الأكتين أما الشريط القاتمA يتكون من النوعين من الخييطات باستثناء المنطقة H حيث يتواجد الميوزين فقط.
ب ـ فوق بنية الخييطات العضلي:
ـ خييط الميوزين يتكون من مئات جزيئات الميوزين و تتكون كل جزيئة من ساق و رأسين كرويين.
جزيئة الميوزين
خييط الميوزين
ـ خييط الأكتين يتكون من مئات جزيئات كروية من الأكتين على شكل سلسلتين ملتويتين و ترتبط بهما بروتينات أخرى تدعى تروبونين و تروبوميوزين.
خلاصة:
http://www.biomultimedia.net
انظر أيضا الرابط
3 ـ التقلص العضلي:
3 ـ 1 ـ ملاحظة:
voir l'animation1
l'animation 2
خلال التقلص العضلي نلاحظ :
ـ اقتراب الحزات Z فيما بينها.
ـ تقصير طول الساركومير و اختزال طول الأشرطة الفاتحة و استقرار طول الأشرطة القاتمة.
ـ نقصان طول المنطقة H و أحيانا اختفائها .
الوثيقة
و بما أن طول الأشرطة القاتمة يبقى ثابتا فليس هناك تقصير للخييطات بل انزلاق فيما بينها .
3 ـ 2 ـ كيف يتم انزلاق الخييطات فيما بينها؟
أ ـ معطيات:
ـ حقن لييف عضلي بالكالسيوم يؤدي إلى التقلص.
ـ ساركوبلاسم الخلية العضلية فقير من الكالسيوم بينما الشبكة السيتوبلاسمية غنية .
ـ عند إضافة الكالسيوم و ATP إلى خييطات الأكتين و الميوزين نلاحظ اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين و تشكل مركب الأكتوميوزين.
ـ في غياب الكالسيوم لا يتكون مركب الأكتوميوزين لأن مواقع اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين تكون مقنعة ببروتينات تروبونين و تروبوميوزين.
ب ـ مراحل التقلص العضلي: الوثيقة
1ـ عند التنبيه تصل السيالة العصبية إلى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية عبر أنابيب مستعرضة فتحرر الكالسيوم .
2 ـ بوجود الكالسيوم يصبح مكان تثبيت الميوزين بالأكتين مكشوفا.
3 ـ تشكل مركب الأكتوميوزين نتيجة اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين .
4 ـ حلمأة ATP المرتبطة برؤوس الميوزين و تحرير طاقة تؤدي إلى دوران رؤوس الميوزين و بالتالي انزلاق خييطات الأكتين بالنسبة للميوزين.
5 ـ عند توقف التنبيه يتم ضخ الكالسيوم إلى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية فتصبح مواقع اتحاد رؤوس الميوزين بالأكتين مقنعة من جديد و يتم تثبيت جزيئات ATP جديدة على رؤوس الميوزين مما يؤدي إلى انفصال رؤوس الميوزين عن الأكتين فيحدث الارتخاء.
http://www.sci.sdsu.edu/movies/actin_myosin_gif.html
مراحل التقلص العضلي
الوثيقة3
الوثيقة2
الوثيقة1
4 ـ خلاصة:
تحول العضلة الطاقة الناتجة عن حلمأة ATP ( طاقة كيميائية) إلى انزلاق خييطات الأكتين بالنسبة للميوزين ( طاقة ميكانيكية) و يصرف جزء من هذه الطاقة على شكل حرارة ( طاقة حرارية) فالعضلة إذن محول للطاقة من حالتها الكيميائية إلى حالتها الميكانيكية و الحرارية.
VII / خلاصة عامة:
VIII / دور المادة العضوية و الطاقة في بناء و تجديد المادة الحية:
1 ـ تجديد و تركيب المادة الحية:
تتجدد الجزيئات العضوية المكونة للمادة الحية عند الكائنات الحية باستمرار حيث تموت خلايا و تعوض بأخرى جديدة.
برنام للتحميل يوضح مكونات الخلية
2 ـ الكشف عن تجديد المادة الحية:
2 ـ 1 ـ معطيات تجريبية:
تعطى لفئران بالغة وجبات غنية بأحماض أمينية مشعة و تؤخذ قطع من كبدها بانتظام و تقاس بها نسبة الإشعاع ، تمثل الوثيقة التالية النتائج المحصل عليها:
2 ـ 2 ـ تحليل و استنتاج:
هناك زيادة نسبة الإشعاع للبروتينات على مستوى الخلايا الكبدية خلال اليوم الأول من بداية التجربة لكن بعد ذلك يبدأ الإشعاع في الانخفاض تدريجيا ليصل إلى أدنى نسبة في اليوم التاسع ، و تدل هذه النتائج على أن البروتينات تتجدد باستمرار على مستوى الخلية.
و كما هو الشأن بالنسبة للبروتينات تتجدد أيضا الجزيئات الأخرى المكونة للمادة الحية باستمرار.
3ـ دراسة مثال لتحديد المسير الضمخلوي للبروتينات المركبة:
البنكرياس غدة مختلطة تتكون من بنيتين أساسيتين:
ـ جزيرات Langerhans تفرز الهرمونات البنكرياسية.
ـ العنبات تفرز عصارة بنكرياسية غنية بالأنزيمات البروتينية.
تتكون كل عنبة من عدة خلايا مفرزة تحيط بفتحة تتجمع فيها العصارة الهضمية قبل أن تنتقل بواسطة القناة البنكرياسية إلى الاثنا عشري.
http://education.vetmed.vt.edu/Curriculum/VM8054/Labs/Lab20/LAB20.HTM
http://s.martinez.free.fr/V2/biologie/notions/1020-cellule-foie-pancreas.html
لتتبع مسير البروتينات المركبة من طرف العنبات نقوم بالايسام الإشعاعي للبروتينات و تتبع الإشعاع بواسطة التصوير الذاتي، و تمثل الوثيقة التالية النتائج المحصل عليها:
http://s.martinez.free.fr/V2/biologie/notions/1020-cellule-foie-pancreas.html
من خلال الوثيقة يتبين أن الإشعاع يظهر أولا على مستوى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية المحببة و يتناقص بعد ذلك و بالمقابل يرتفع على مستوى جهاز غولجي و يتراجع بدوره ليتبعه ظهور على مستوى الحويصلات الإفرازية .
يتبين إذن أن دخول الأحماض الأمينية إلى الخلية يصاحبه تركيب للبروتينات على مستوى الشبكة السيتوبلاسمية الداخلية المحببة (و ذلك باستعمال الطاقة ATP الناتجة عن تفكيك المادة العضوية ) ثم تنتقل هذه البروتينات إلى جهاز غولجي و بعده إلى الحويصلات الإفرازية و من تم إلى خارج الخلية الإفرازية عن طريق ظاهرة
/I الكشف عن تموضع الخبر الوراثي :
/1 تجارب القطع والتطعيم النووي عند طحلب Acetabularia
طحلب Acetabularia هو طحلب أحادي الخلية يتكون من ثلاثة أجزاء: وبر جذري و ساق و قبعة . و يوجد في عدة أنواع منها : انظر الوثيقة
لنأخذ نوعين من هذه الأنواع (الوثيقة 1) و نجري تجارب القطع و الزرع النووي الممثلة في الوثيقة 2 .
http://webpublic.ac-dijon.fr/pedago/svt/schemassvt/rubrique.php3?id_rubrique=14
تجارب على acetabularia على شكل animations flash
ـ التجربة 1 : الرابط1
ـ التجربة 2 : الرابط1
ـ التجربة 3 : الرابط1
ـ التجربة 4 : الرابط1
يتبين من خلال هذه التجارب أن النواة ضرورية لنمو و حياة خلية acetabularia، و هي مسئولة عن نقل الصفات الوراثية ( مثل شكل القبعة أو طول الساق) عند هذا الطحلب.
2/ تجارب عند حيوان أولي:
تجارب على amibe
ـ التجربة 1 : الرابط1
ـ التجربة 2 : الرابط1
ـ التجربة 3 : الرابط1
يتبين من خلال هذه التجارب أن النواة ضرورية لنمو و حياة خلية الأميبة .
3 / تجارب عند حيوان ثديي:
تجربة الاستنساخ:
نلاحظ أن العجلة المولودة أخذت صفات البقرة التي أخذت منها النواة بما فيها جنسها .
انظر أيضا هنا
4 / خلاصة: نستخلص من خلال كل هذه التجارب أن النواة هي التي تحدد صفات الكائن الحي، و بالتالي فالخبر الوراثي يتموضع في النواة.
II /نقل الخبر الوراثي .
في حالة التوائم الحقيقية تنقسم البيضة إلى خليتين بنتين تعطي كل واحدة جنينا يكون مصدرا لتوأم حامل لنفس الخبر الوراثي للتوأم الآخر،إذن فالخبر الوراثي ينتقل خلال هذا الانقسام.
/1 دراسة الانقسام الغير مباشر عند خلية نباتية:
أ – ملاحظة مجهرية لمقطع جذر ثوم:
http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/photossql/photos.php?RollID=images&FrameID=ail3
ب – ملاحظة مجهرية لمقطع جذر نبات jacinthe: انظر الوثيقة
نلاحظ خلايا مختلفة المظهر من حيث النواة:بعض الخلايا لها نواة كبيرة الحجم محاطة بغشاء نووي تضم شبكة كثيفة من الخييطات النووية تسمى الصبغين كما تحتوي على نويات تعتبر هذه الخلايا في طور السكون ،بعض الخلايا تلاشت بها النواة و عوضت ببنيات على شكل خييطات تسمى الصبغيات و تعتبر في حالة انقسام(غير مباش) .
ج- مراحل الانقسام الغير مباشر: انظر الوثيقة
يمكن تقسيم الانقسام الغير مباشر إلى 4 مراحل :
المرحلة التمهيدية : مدتها تقريبا 40 دقيقة
تتميز في بدايتها بتكاثف الصبغين و انتظامه على شكل خييطات تسمى الصبغيات كل صبغي مكون من صبيغيين مرتبطين على مستوى الجزيء المركزي، في نهاية هذه المرحلة يتلاشى الغشاء النووي و النويات و تتكون ألياف قطبية بين الكمتين القطبيتين و يبدأ تشكل الألياف الصبغية انطلاقا من الجزيء المركزي .
المرحلة الاستوائية : مدتها تقارب 5 دقائق
تصبح الصبغيات أكثر وضوحا و تتموضع على المستوى الاستوائي للخلية مكونة الصفيحة الاستوائية و يكتمل تشكل مغزل الانقسام .
المرحلة الانفصالية : مدتها تقارب دقيقتين
تتميز بانشطار الجزيء المركزي و انفصال صبيغيي كل صبغي و هجرة كل مجموعة نحو أحد قطبي الخلية نتيجة تقصير الألياف الصبغية إنها الهجرة القطبية .
المرحلة النهائية : مدتها تقارب 10 دقائق
تتجمع الصبغيات و تتشابك و تفقد فرديتها و تتحول إلى صبغين و يتكون الغشاء النووي و النويات و يختفي مغزل الانقسام و يتكون جدار أولي للغشاء السيليلوزي يفصل بين خليتين بنتين تتوفران على نفس عدد الصبغيات .
http://www.lima.ohio-state.edu/academics/biology/archive/mitosis.html
http://www.bio.txstate.edu/~dlemke/botany/1410lab/lab_exercises/lab3/cell_cycle/prophase.html
/2 دراسة الانقسام الغير مباشر عند خلية حيوانية: انظر الوثيقة1 ـ الوثيقة2
http://www.bioweb.uncc.edu/1110Lab/notes/notes1/labpics/lab6pics.htm$
http://www.biologie.de/biowiki/Mitose
مقارنة بين الخلية الحيوانية و النباتية:
يتشابه الانقسام الغير مباشر عند الخليتين الحيوانية و النباتية مع وجود اختلافين رئيسين :
- وجود نجيمتين تنتجان عن تضاعف الجسيم المركزي (عضي خلوي يتواجد بسيتوبلاسم الخلية الحيوانية) تكونان الألياف القطبية للمغزل اللالوني.
- تكون شق استوائي يسمى الاختناق الاستوائي يفصل بين الخليتين البنتين.
11
5
4
3
2
1
12
10
9
8
7
6
معلومات اضافية:
ـ عادة تنقسم الخلايا بشكل منظم ، لكن أحيانا تخرج عن السيطرة و تبدأ في الانقسام بشكل مستمر و عشوائي فينشأ عن ذلك تكون ورم سرطاني.
ـ الكريات الحمراء خلايا غير منواة و بذلك لا تنقسم أبدا ، لكن الخلايا الأم في التخاع العظمي تكون منواة و تنقسم لتعوض الخلايا التي تموت باستمرار.
الدورة الخلوية: انظر الوثيقة
هي مجموع مرحلة السكون و مراحل الانقسام الغير مباشر .
/3خلاصة:
من خلال دراسة الانقسام الغير مباشر يتبين أن الخبر الوراثي ينتقل من خلية لأخرى على شكل صبغيات فهي تشكل دعامة لنقل الخبر الوراثي.
تمربن 1:
تمرين 2:
يهدف الانقسام غير المباشر إلى تكاثر الخلايا لبناء أعضاء الجسم خلال المرحلة الجنينية و نمو الكائن الحي أثناء فترة النمو و تجديد الخلايا التي تموت و تكاثر الخلايا الجنسية ...
