آليات تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في الوسط الهوائي

I ـ آليات تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في الوسط الهوائي الحجم الزمني : ساعتان
النشاط 02 : مقر الأكسدة التنفسية
1. الهدف التعـــــــلمي : يحدد آليات تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في جزيئات العضوية إلى طاقة قابلة للاستعمال ATP
2.
الكفاءة المستهدفة في الوحدة :.التعرف على آليات تحويل الطاقة الكيميائية
الكامنة في جزيئات المادة العضوية إلى طاقة قابلة للاستعمال
3. الكفاءة المستهدفة للنشاط 02 : التعرف على بنية الميتوكوندري و تركيبها الكيميائي
4. مــؤشـرات الكـــفاءة :
a. المقارنة بين خلايا الخميرة المأخوذة من وسط هوائي ووسط لا هوائي واستنتاج مقر الأكسدة التنفسية
b. التعرف على بنية الميتوكوندري
c. تحديد لتركيب الكيميائي لحشوة وأغشية للميتوكوندري
d. استنتاج نوع التفاعلات التي تحدث في الحشوة والغشاء الداخلي للميتوكوندري
5. الوسائل المستعملة : الكتاب المدرسي ، أقرص ، جهاز الكومبيوتر ، العاكس الرقمي ، وثائق
مراحل الدرس سير الدرس التوقيت
وضعية
الانطلاق توصلنا في النشاط السابق أن أثناء عملية التنفس يتم امتصاص غاز
الكسجين ويطرح غاز ثاني اكسيد الكاربون وتهدم المادة العضوية وتنتج الطاقة 5
د
الإشكالية فأين تحدث عملية التنفس ؟؟ 5 د
الفرضيات المتوقعة 1. تحدث عملية التنفس في الميتوكوندري
2. تحث عملية التنفس في الهيولة
3. كما نتوقع أن تكون إجابة التلاميذ متنوعة يجب المناقشة
5 د
التقصي 1 ـ إظهار مقر الأكسدة التنفسية :
معطيات : أخضر الجانوس ملون حيوي ويكون
1. أخضر في الحالة المؤكسدة
2. شفاف في الحالة المرجعة
تجربة
)1( : نقوم بتحضير مزرعتين من خميرة الخبز يحتوي كل منهما على محلول سكري
نزود الأول بتيار خالي من الأكسجين والوسط الثاني بتيار غني بالأكسجين بعد
مدة نأخد عينة من كل وسط ونعاملها بأخضر الجانوس كانت النتائج المتحصل
عليها كما يلي
1. ظهور حبيبات ملونة بالخضر في الخلايا المأخوذة من الثاني
2. وعدم ظهورها في الوسط الأول
1. تفسير النتائج المحصل عليها : تلون الحبيبات باللون الأخضر في الوسط الهوائي يدل على حدوث الأكسدة داخل هذه العضيات لأخضر الجانوس
بينما عدم تلون أخضر الجانوس في الوسط اللاهوائي يدل على عدم حوث الأكسدة
10 د
2.
المشاهدة المجهرية : سمحت المشاهدة بالمجهر الإلكتروني النافذ لخلايا
الخميرة المأخوذة من الوسطين السابقين من إنجاز الوثيقة التالية مع الإشارة
إلى أن الميتوكوندري هي التي تظهر باللون الخضر في والوسط الهوائي
1.
المقارنة بين خلايا الخميرة في والوسطين : أن خلايا الخميرة في الوسط
الهوائي تحتوي على عدد كبير من الميتوكوندري وبأعراف نامية أم خلايا
الخميرة المأخوذة من الوسط اللاهوائي خالية من الميتوكوندري
2. الفرضية
التي يمكن تقديمها فيما يخص العلاقة بين وجود الميتوكوندري وتهوية الوسط
:أن عملية الأكسدة تتم في وجود الأكسجين داخل الميتوكوندري وبالتالي غياب
الأكسجين )وسط لا هوائي ( ويؤدي إلى غياب الميتوكوندري لعد م حدوث الأكسدة
3. مقر الأكسدة : تتم ظاهرة الأكسدة داخل الميتوكوندري
15 د
3 ـ بنية الميتوكوندري )مقر الأكسدة التنفسية ( : تبين الوثيقة التالية بنية الميتوكوندري كما تظهر بالمجهر الإلكتروني النافذ
1.
وصف بنية الميتوكوندري من خلال الوثيقة : الميتوكوندري عضية عصوية طولها
0.5 إلى 2 ميكرون وقطرها 0.1 إلى 0.5 ميكرون محاطة بغشائين بينهما فراغ
يرسل الغشاء الداخلي إلى الداخل أعراف تحمل كريات مذنبة ويحصر مادة أساسية
تحتوي على ريبوزومات و DNA ومواد ادخارية
2. أن للميتوكوندري بنية مقسمة إلى حجرات وهي : الفراغ بين الغشائين والمادة الأساسية.
15 د
4.
التركيب الكيميائي للميتوكوندري : يبين الجدول والوثيقة التالية التركيب
الكيميائي للمادة الأساسية للميتوكوندري وكذلك الغشاء المضاعف
المقر
نوع المادة
الهيولى الميتوكوندري
المادة الأساسية الغشاء
الداخلي الخارجي
البروتينات الغشائية 80% %50
الدسم في الغشاء %20 %50
مواد أيضية
حمض البيروفيك + +
الغلوكوز + -
أستيل مرافق الإنزيم أ - +
البروتينات والإنزيمات
نازعات الهيدروجين + + + -
نازعات الهيدروجين والكربوكسيل - + - -
نواقل الإلكترونات - - + -
ATPSynthase - -
مضخات البروتونات - - + -
+ موجود - غير موجود
1.
المقارنة بين مكونات كل من الغشاء الداخلي والخارجي للميتوكوندري : نلاحظ
أن الغشاء الداخلي يحتوي على نسبة مرتفعة من البروتينات كما يحتوي على
أنزيمات
أم الغششاء الخارجي يحتوي على نسبة متوسطة من البروتينات وعديم
الإنزيمات كما نلاحظ أن الغشاء الداخلي يحتوي على الإنزيم المركب للطاقة
الاستنتاج : الغشاء الداخلي للميتوكوندري أكثر نشاط من الغشاء الخارجي لاحتوائه على بروتينات وأنزيمات )عملية التنفس ( بنسبة مرتفعة
2.
المقارنة بين تركيب الغشاء الداخلي والمادة الأساسية : الغشاء الداخلي لا
يحتوي على نازعات الهيدروجين والكربوكسيل بينما المادة الأساسية لا تحتوي
على ATPSynthase ومضخات البروتونات ونواقل الإلكترونات كما ان المادة
الأساسية تحتوي على نواتج هدم الغلوكوز حمض البيروفيك وأستيل مرافق الأنزيم
أ
الاستنتاج : هناك اختلاف بين نوع البروتينات الموجودة في المادة
الأساسية والغشاء الداخلي وهذا يذل على الاختلاف في نوعية التفاعلات التي
تحدث في كل منهما 30 د
4. المعادلة التنفس :
C6H12O6 + O2 +H2O CO2 +H2O + طاقة
1. استخلاص من المعادلة نوع التفاعل الذي حدث في 1 و2 :
في 1 تفاعل إرجاع
في 2 تفاعل أكسدة
2. استنتاج من المعادلة طبيعة تفاعلات ظاهرة التنفس : تفاعلات ظاهرة التنفس تفاعلات أكسدة وإرجاع
5د
الخلاصة - يتم هدم الركيزة العضوية داخل الميتوكوندري..
-
تبدي الميتوكوندري بنية مجزأة يحيط بها غلاف مزدوج يتألف من غشاءين
بلازميين ، يرسل الداخلي منهما نتوءات تدعى الأعراف الميتوكوندرية التي
يرتبط عددها بالشروط الهوائية للوسط.
- يشغل تجويف الميتوكوندري مادة أساسية.
ـ
يتميز الغشاء الداخلي للميتوكوندري بوجود , نواقل البروتونات و/ أو
الإلكترونات التي تشكل سلاسل الأكسدة و الإرجاع و وجود الـATP سنتيتاز .
ـ
تحتوي المادة الأساسية على عدة أنزيمات من نوع نازعات ثاني أكسيد الكربون ،
نازعات الهيدروجين , التي تستعمل عوامل مساعدة مُؤكسدة )NAD+ و FAD ( ، و
الـATP
15 د
التقويم تمرين تطبيقي 15 د
تحلل سكري :
التحلل
السكري:)Glycolysis(هي عملية تحلل يتم فيها تحويل جزئ الجلوكوز)6C( إلى
جزئين من حامض البيروفيك، والكلمة مشتقة من اللاتينية وتعني تحلل السكر.
يعتبر التحلل السكري الطريقة المثلى للحصول على الطاقة، وكنتيجة للتحلل
اللاهوائي يمكن الحصول على جزيئين ATP وجزيئين NADH. من فوائد التحلل
السكري:
1- تكوين جزيئات الطاقة العالية)ATP;NADH( والتي تعتبر مصدر الطاقة في الخلية.
2- تكوين حمض البيروفيك)Pyruvic acid(والذي يدخل في دورة حمض الستريك لإنتاج الطاقة هوائيا داخل المتقدرات ) Mitochondria (.
3- إنتاج جزيئات أخرى تدخل في عمليات حيوية مختلفة.
يتكون
التحلل السكري من مرحلتين: يتم في الأولى منهما استهلاك كمية من الطاقة
)جزيئين ATP(لإنتاج جزيئات ذات طاقة أعلى)Glyceraldehyde-3-Phosphate(
والتي تتحول فيما بعد إلى جزيئات ذات طاقة اقل)حمض البيروفيك(، لذلك فان
تحلل مول واحد من الجلوكوز إلى مولين من حمض البيروفيك يصاحبه إنتاج مولين
من ATPو NADH. يستخدم ال NADH كوقود لإنتاج الATP في الميتوكندريا عن طريق
الفسفرة التاكسدية، كل جزئ NADH ينتج جزيئين أو ثلاثة ATP والناتج الكلي
لعملية الاكسدة لجزئ الجلوكوز هي 36 أو 38 جزئ ATP.
مُساهمةموضوع: : مراحل تفكك حمض البيروفيك ) تفاعلات حلقة كريبس(
النشاط 04 : مراحل تفكك حمض البيروفيك ) تفاعلات حلقة كريبس(
1. الهدف التعـــــــلمي : يحدد آليات تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في جزيئات العضوية إلى طاقة قابلة للاستعمال ATP
2.
الكفاءة المستهدفة في الوحدة :.التعرف على آليات تحويل الطاقة الكيميائية
الكامنة في جزيئات المادة العضوية إلى طاقة قابلة للاستعمال
3. الكفاءة المستهدفة للنشاط 04 : العرف على مراحل تفكك حمض البيروفيك داخل الميتوكوندري
4. مــؤشـرات الكـــفاءة :
a. استنتاج مظاهر هدم حمض البيروفيك داخل الميتوكوندري
b. تحديد المرحلة التمهيدية لهدم حمض البيروفيك داخل الميتوكوندري )مرحلة ما قبل حلقة كريبس (
c. استخراج مراحل أكسدة حمض البيروفيك داخل الميتوكوندري
d. استخراج أنواع التفاعلات التي تحدث لحمض البيروفيك داخل الميتوكوندري
e. تحديد عدد جزيئات CO2 المطروحة خلال دورة كريبس
f. تحديد نوع وعدد نواقل الهيدروجين المرجعة خلال دورة واحدة
5. الوسائل المستعملة : الكتاب المدرسي ، أقرص ، جهاز الكومبيوتر ، العاكس الرقمي ، وثائق
مراحل الدرس سير الدرس التوقيت
وضعية الانطلاق يتفكك الغلوكوز في الهيولة إلى حمض البيروفيك خلال مرحلة التحلل السكري و يدخل إلى الميتوكوندري 5 د
الإشكالية ما هو مصير حمض البيروفيك في وجود الأكسجين ؟ 5 د
الفرضيات
المتوقعة 1. يدخل إلى الميتوكوندري ويتفكك إلى أحماض مثل حمض الليمون
وأستيل مرافق الأنزيم أ ملاحظة هذه المعلومة من النشاط الساق )A1 A3 (
5 د
التقصي
1. إظهار هدم حمض البيروفيك من طرف الميتوكوندري : باستعمال التركيب
التجريبي الموضح في الوثيقة 1 من النشاط السابق )3( تم وضع معلق من
الميتوكوندري في وسط غني بالأكسجين ثم حقنت كمية من حمض البيروفيك في الزمن
)ز( تم قياس تركيز الأكسجين وCO2 عن طريق لا قطين النتائج المتحصل عليها
مبينة في الوثيقة التالية :
1. تحليل منحنى الوثيقة :
قبل حقن حمض البيروفيك تركيز كل من O2 وCO2 ثابت في والوسط بعد حقن حمض
البيروفيك تناقص تركيز O2 زيادة في تركيز CO2
الاستنتاج : تم هدم حمض البيروفيك و امتصاص الأكسجين وطرح CO2 .
15 د
2.
تحول حمض البيروفيك إلى أستيل مرافق الإنزيم )أ( : بينت التجارب أن تحويل
حمض البيروفيك إلى أستيل مرافق الأنزيم )أ( يتم بواسطة معقد إنزيمي كبير
يقوم بنزع الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون وفق المعادلة التالية
CO2 O
CH3 – C - COOH + COSA – SH CH3 – C – S – COA
أستيل مرافق الإنزيم )أ( NADH.H+ NAD+ مرافق الأنزيم )أ( حمض البيروفيك
يعتبر هذا التفاعل خطوة تحضيرية للمرحلة اللاحقة )حلقة كريبس( لذلك تدرج عادة مع حلقة كريبس 30 د
3
ـ تفاعلات حلقة كريبس : يدخل أستيل مرافق الإنزيم )أ( في سلسلة من
التفاعلات وذلك خلال دورة كيموحيوية تدعى حلقة كريبس وذلك بتدخل مجموعة من
الإنزيمات )نازعات الهيدروجين و الكربوكسيل أو نازعات الهيدروجين فقط (
تلخص الوثيقة التالية أهم مراحل هذه الحلقة بالإضافة إلى
1. استخراج نوع التفاعلات التي تحدث في :
التفاعل 1 : تثبيت الأستيل على مركب رباعي الكاربون
التفاعل 3 : يتم فيه عملية نزع كربوكسيل وأكسدة وهو مايسمى بنزع الكربوكسيل التأكسدية décarboxylation oxidative .
التفاعل 4 : فسفرة ADP
التفاعل 5 : تفاعل أكسدة لمركب رباعي الكاربون وإرجاع ناقل الهيدروجين FAD+
التفاعل 6 : تفاعل أكسدة
2. استخراج عدد جزيئات CO2 انطلاقا من جزيئة غلوكوز واحدة يساوي
2×3 = 6 جزيئات
3. عدد ونوع المرفقات الإنزيمية المرجعة خلال مراحل الدورة )حلقة كريبس ( ومرحلة التحضيرية انطلاقا من جزيئة غلوكوز واحدة :
العدد هو
2 ) 4 NADH.H+ (
2 FADH.H+
4 . معدلة حلقة كريبس
تلخيص التفاعل )أ( في معادلة بسيطة :
CO2 O
CH3 – C - COOH + COSA – SH CH3 – C – S – COA
أستيل مرافق الإنزيم )أ( NADH.H+ NAD+ مرافق الأنزيم )أ( حمض البيروفيك
الحصيلة الطاقوية للتحلل السكري وحلقة كريبس انطلاقا من جزيئة واحدة من الغلوكوز:
1. خلال مرحلة التحلل السكري :
2 )ATP (
2 )NADH.H(
2. المرحلة التحضيرية
)NADH.H(
) CO2(
3. خلال حلقة كريبس
3 )NADH.H(
2 ) CO2(
ATP
FADH.H
30 د
الخلاصة ـ على مستوى المادة الأساسية :يهدم حمض البيروفيك إلى مادة أيضية وسطية: أستيل مرافق الإنزيم-أ- و هذا بـ :
▪ نزع ثاني أكسيد الكربون، تحت تأثير أنزيمات نازعات ثاني أكسيد الكربون مؤديا إلى تحرير CO2 E. CO2= 0( (
▪ نزع الهيدروجين ، تحت تأثير أنزيمات نازعات الهيدروجين مع إرجاع نواقل الهيدروجين ) NAD  NADH,H+= (
- يرتبط جذر الأستيل مرافق الأنزيم ـ أ ـ مع مستقبل رباعي الكربون C4 ليعطي مركبا سداسي الكربون )C6(
يطرأ
على المركب C6 سلسلة من العمليات يتم فيها نزع ثاني أكسيد الكربون ) مؤدية
إلى تمعدن الركيزة ) مادة التفاعل ( العضوية إلى CO2 ( وسلسلة من العمليات
يتم فيها نزع الهيدروجين مؤدية إلى إرجاع نواقل الهيدروجين .
تشكل مجموع هذه التفاعلات حلقة كريبس يتم خلالها تجديد المركب C4 و فسفرة الـADP إلىATP في وجود الفوسفور اللاعضويPi((.
ـ ينتج عن كل حلقة )حلقة كربس (
- جزيئتان من CO2
- جزيئة واحدة من ATP
- جزيئة واحدة من FADH2
- ثلاث جزيئات من+ NADH,H
15 د
التقويم 15 د