استهلاك المادة العضوية و تدفق الطاقة

الوحدة الأولى استھلاك المادة العضویة وتدفق الطاقة مدخل عام تنتج النباتات الیخضوریة المواد العضویة من سكریات دھنیات وبروتیدات بواسطة ظاھرة التركیب الضوئي خلال المرحلة المضاءة من التركیب الضوئي یتم تحویل الطاقة الضوئیة الملتقطة من طرف خلایا النبات إلى طاقة كیمیائیة على شكل جزیئات ATP الأدینوزین ثلاثي الفوسفاط Adnosine Triphosphate حسب التفاعل التالي خلال المرحلة المظلمة تستعمل الطاقة المخزنة في ATP في تفاعلات تركیب المواد العضویة تستعمل الخلایا المادة العضویة لتجدید مكوناتھا من جھة وللتزود بالطاقة اللازمة لنشاطھا من جھة أخرى وبما أن شكل الطاقة المستعملة من طرف الخلایا الحیة ھو ATP فلابد من استخلاص الطاقة الكامنة في المواد العضویة المستھلكة لتصبح على شكل ATP یمكن بعد ذلك استعمالھ في مختلف الظواھر المستلزمة للطاقة كالنقل النشیط الحركة والتركیبات الخلویة 1 ما ھي الظواھر الخلویة التي تمكن من استخلاص الطاقة على شكل ATP من المواد العضویة المستھلكة 2 كیف تستفید الخلیة من ATP المستخلص 3 كیف توظف المواد العضویة في بناء المادة الحیة نواة إنتاج الطاقة الضروریة لحیاة الخلیة تركیب مكونات الخلیة إنتاج المادة العضویة التنفس الخلوي أملاح معدنیة ماء الضوء O2 O2 CO2 CO2 المیتوكندریات البلاستیدة الخضراء طاقة ADP Pi ATP تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

الفصل الأول تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الكشف عن أنماط التفاعلات المسؤولة عن تحریر الطاقة الكامنة في المادة العضویة a تجربة أنظر الوثیقة1 أ التنفس ظاھرة خلویة لھدم الأغذیة b تحلیل واستنتاج قبل إضافة الكلیكوز تكون نسبة الأوكسجین مستقرة مباشرة بعد إضافة الكلیكوز تنخفض نسبة الأوكسجین في الوسط نستنتج من ھذه المعطیات أن خلایا الخمیرة تستھلك الأوكسجین لھدم الكلیكوز نقول ادن أن خلایا الخمیرة تتنفس ب التخمر ظاھرة خلویة أخرى لھدم الأغذیة Fermentation lactique اللبني التخمر a تجربة أنظر الوثیقة 2 تحلیل واستنتاج بعد 15 یوما في درجة حرارة ملائمة 40C نلاحظ انخفاض قیمة ph أي ارتفاع قیمة حمضیة الحلیب نستنتج من ھذه الملاحظة أنھ تم ھدم الكلیكوز المكون للاكتوز وتحولھ إلى حمض لبني Acide lactique وذالك في غیاب الأوكسجین نتكلم ادن عن ظاھرة التخمر اللبني الوثیقة 1 نعرض محلولا عالقا لخلایا الخمیرة 10gl للتھویة بواسطة مضخة لمدة 30 ساعة نضع 5ml من ھذا المحلول داخل مفاعل حیوى لعدة EXAO الشكل 1 نتتبع بفضل العدة تطور تركیز الأوكسجین المذاب داخل المفاعل الحیوي ینقل مجس قیاس الأوكسجین إشارات كھربائیة إلى المرافق البیني محول الذي یحولھا إلى معطیات رقمیة یعالجھا الحاسوب ویترجمھا إلى مبیان الشكل 2 في الزمن t1 نحقن داخل المفاعل 01 mL من محلول الكلیكوز بتركیز 5 صف تطور تركیز الأوكسجین في المفاعل الحیوي قبل إضافة الكلیكوز وبعدھا ماذا تستنتج mn الزمن 0 50 100 150 200 250 300 350 0 1 2 3 4 5 6 تركیز O2 t1 t1 حقن 01mL من محلول الكلیكوز ذو تركیز 5 شاشة الشكل 2 محراك قسطر دقیق مجس لقیاس الأكسجین محقنة دقیقة حاسوب محول حمام مثبت للحرارة محلول عالق لخلایا خمیرة البیرة 5ml الشكل 1 تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

Fermentation alcoolique الكحولي التخمر b تجربة أنظر الوثیقة 3 تحلیل واستنتاج التخمر اللبني ھو طریقة لھدم الكلیكوز حیث ینتج عن ذلك تكون الحمض اللبني دون طرح CO2 C6H12O6 2CH3 CHOH - COOH التخمر الكحولي ھو طریقة لھدم الكلیكوز حیث ینتج عن ذلك كحول ھو الایتانول Ethanol مع طرح CO2 C6H12O6 2CH3 CH2OH 2CO2 الوثیقة 2 نأخذ عینة من الحلیب الكامل الطري ونفرغھا في بوقال ذي حجم 250 ml نحرص على ملء البوقال إلى أخره لطرد الھواء للحصول على تفاعل حي لا ھوائي نضع داخل الحلیب مقیاس ph الذي نربطھ بعدة EXAO قصد تتبع تطور حمضیة الحلیب أثناء عملیة التخمر تحول الكلیكوز المكون للاكتوز إلى حمض لبني ویتم ذلك دون طرح co2 نترك التحضیر لمدة 15 یوما في درجة حرارة ملائمة 40C بعد ذلك نتتبع تطور قیمة ph بواسطة عدة EXAO فنحصل على النتائج المبینة أمامھ صف تطور المنحنى واستنتج العلاقة بین ھذا التطور وھدم الكلیكوز 200 400 600 800 S الزمن 5 52 54 56 pH منحنى تطور حمضیة الحلیب أثناء عملیة التخمر الوثیقة 3 البروتوكول التجریبي أنظر الشكل 1 نضع محلول الكلیكوز في قارورة 5gl نزرع الخمیرة في محلول الكلیكوز نضع التحضیر في ماء ساخن 37 C النتائج انخفاض كمیة الكلیكوز في الوسط طرح co2 في الأنبوب ارتفاع طفیف لدرجة الحرارة ظھور الكحول في وسط الزرع نكشف عن الكحول بواسطة التفاعل المبین في الشكل 2 o انطلاقا من ھذه المعطیات التجریبیة قارن بین التخمر اللبني والتخمر الكحولي o قارن بین مظاھر التنفس ومظاھر التخمر ثنائي أكسید الكربون CO2 محرار دقیق 110C محم مثبت للحرارة 37C زرع الخمیرة في محلول الكلیكوز الشكل 1 الشكل 2 تلون بالأخضر یكشف التلون بالأخضر عن وجود الكحول محلول الكلیكوز قطرات من H2SO4 ثنائي كرومات البوتاسیوم تسخین تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

c خلاصة تستعمل الخلایا الكلیكوز كمستقلب طاقي ویمكنھا ھدمھ بطریقتین مختلفتین حسب ظروف o التنفس في وسط حیھوائي Arobie غني بالأوكسجین یتم الھدم الكلي للكلیكوز وتحویلھ إلى CO2 وماء وھي مواد معدنیة دون قیمة طاقیة o التخمر في وسط حیلاھوائي Anarobie غیاب الأوكسجین یخضع الكلیكوز لھدم غیر تام وتحویلھ إلى جزیئات عضویة لا تزال تخزن الطاقة الكیمیائیة انحلال الكلیكوز على مستوى الجبلة الشفافة Le hyaloplasme تعرف البنیات الخلویة المتدخلة في التنفس والتخمر a تجارب وملاحظات أنظر الوثیقة 4 b تحلیل واستنتاج یتبین من ھذه المعطیات أنھ في الظروف الحیھوائیة أي خلال ظاھرة التنفس یتطلب ھدم الكلیكوز وجود عضیات خلویة خاصة ھي المیثوكندریات Mitochondries بینما في الظروف الحیلاھوائیة أي خلال ظاھرة التخمر لا یتطلب ھدم الكلیكوز وجود المیتوكندریات یبتدئ كل من التنفس والتخمر بمرحلة مشتركة تتم داخل الجبلة الشفافة وھي انحلال الكلیكوز glycolyse فتستمر تفاعلات التخمر في الجبلة الشفافة بینما یتطلب التنفس تدخل المیتوكندریات مراحل انحلال الكلیكوز a تفاعلات انحلال الكلیكوز تعطي الوثیقة 5 والوثیقة 6 التفاعلات الكیمیائیة لانحلال الكلیكوز انطلاقا من ھذه المعطیات استخرج الأشكال الطاقیة الناتجة عن انحلال الكلیكوز الوثیقة 4 تجربة خمیرة البیرة فطر مجھري وحید الخلیة یمكن أن یعیش في وسط غني بالأكسجین وسط حیھوائي ووسط یفتقر للأكسجین وسط حیلاھوائي توضع الخمیرة في وسط غني بالأكسجین یحتوي على الكلیكوز فیلاحظ بعد مرور یوم أن عدد الخمائر تضاعف كثیرا مع انخفاض كمیتي الكلیكوز والأكسجین وارتفاع كمیتي CO2 وH2O في الوسط وتبین الملاحظة المجھریة أن خلایا الخمائر غنیة بعضیات خلویة تسمى المیتوكندریات الشكل 1 توضع الخمیرة في وسط یفتقر للأكسجین یحتوي على الكلیكوز فیلاحظ بعد مرور یوم أن عدد الخمائر زاد نسبیا مع انخفاض كمیة الكلیكوز وارتفاع كمیة CO2 مع تكون كحول الاثانول C2H5OH في الوسط وتبین الملاحظة المجھریة أن خلایا الخمائر تحتوي على میتوكندریات قلیلة وضامرة الشكل 2 انطلاقا من ھذه المعطیات التجریبیة حدد العلاقة بین وجود المیتوكندریات ووجود ثنائي الأوكسجین في الخلیة مبینا موقعي كل من التنفس والتخمر داخل الخلیة الشكل 1 الشكل 2 فجوة فجوة نواة نواة میتوكندریات تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

الوثیقة 5 مراحل انحلال الكلیكوز Glucose 6-phosphat 6C GLUCOSE الكلیكوز C6H12O6 6C Fructose 6-phosphate 6C Fructose 1 6-diphosphate 6C ATP ADP ATP ADP استھلاك الطاقة استھلاك الطاقة 2 2-phosphoglycrate 3C 2 Phosphonolpyruvate 3C 2 ADP إنتاج الطاقة 2 ATP 2 بیروفیك حمض Pyruvate 2CH3COCOOH 3C 2 1 3-diphosphoglycrate 3C 2 3-phosphoglycrate 3C ATP 2 إنتاج الطاقة ADP 2 NAD 2 2 3-phosphoglycraldhyde 3C NADH H الھیدروجین انتزاع 2 2 Pi الوثیقة 6 علاقة انحلال الكلیكوز بالتنفس والتخمر 2ATP 2NAD 2NAD 2CO2 2 ایتانول تخمر كحولي حمض لبني تخمر لبني 2 2NAD 2NADHH التنفس كلیكوز 2 حمض بیروفیك التخمر 2CH3-CHO 2CH3-CH2OH 2CH3-CHOH-COOH 2NADHH 2NADHH میثوكندري 2NAD 2ADP 2NADHH انحلال الكلیكوز تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

b استنتاج داخل الجبلة الشفافة ینحل الكلیكوز حسب سلسلة من التفاعلات الكیمیائیة المحفزة بأنزیمات نوعیة وھي تفاعلات غیر مستھلكة للأوكسجین وتتم على ثلاث مراحل المرحلة الأولى یتحول الكلیكوز فوسفات إلى فریكتوز ثنائي الفوسفات بعد تثبیت مجموعة فوسفاتیة آتیة من ATP المرحلة الثانیة ینشطر الفریكتوز ثنائي الفوسفات إلى جزیئتین من سكر ثلاثي فوسفات2غلیسیرألدیید فوسفات تخضع كل من ھاتین الجزیئتین إلى انتزاع الھیدروجین أكسدة بواسطة مستقبل للھیدروجین NAD Nicotinamide adnine dinuclotide مع تفسفر جزیئتي الغلیسیرألدیید فوسفات اللتان یختزل ویحول إلى NADH H الشكل المؤكسد NAD تتحولان إلى حمض غلیسیري ثنائي الفوسفات NAD 2H 2e- NADH H المرحلة الثالثة تسلم جزیئتا الحمض الغلیسیري ثنائي الفوسفات مجموعتیھما الفوسفاتیة إلى ADP وتتحولان إلى جزیئتین من حمض البیروفیك Acide pyruvique CH3COCOOH بینما یتحول ADP إلى ATP الحصیلة الطاقیة لانحلال الكلیكوز C6H12O6 2ADP 2Pi 2NAD 2CH3COCOOH 2ATP 2NADHH ادن الحصیلة الطاقیة لانحلال الكلیكوز ھي تركیب جزیئتین من ATP بالنسبة لكل جزیئة من الكلیكوز التأكسدات التنفسیة ودور المیتوكندریات ماذا یحدث على مستوى المیتوكندري a تجارب لمعرفة مصیر حمض البیروفیك أنجزت التجارب المبینة على الوثیقة 7 ملحوظة لكي تستمر عملیة انحلال الكلیكوز یجب إعادة أكسدة NADH H وتتم ھذه الأكسدة إما خلال التنفس الخلوي عند وجود الأوكسجین أو خلال التخمر في غیاب الأوكسجین الوثیقة 7 تجربة نھرس خلایا كبد فأر في محلول عیار لھ ph74 من أجل عزل المیتوكندریات نعرض الخلیط لنبذ ذي سرعة كبیرة یمكن من الحصول على قعیرة culot من المیثوكندریات نخلط جزءا من القعیرة بمحلول عیار ملائم ونضعھ في مفاعل إحیائي لعدة EXAO ثم نتتبع على شاشة الحاسوب تطور تركیز ثنائي الأوكسجین المبیان أمامھ في الزمن t1 نضیف إلى المفاعل الإحیائي كمیة قلیلة من الكلیكوز وفي الزمن t2 نضیف كمیة قلیلة من حمض البیروفیك 1 حلل منحنى تطور تركیز O2 بدلالة الزمن 2 على ماذا یدل تغیر كمیة O2 في الوسط 3 ما ھي الظاھرة الفیزیولوجیة التي یعبر عنھا المنحنى وأین تتم 4 ماذا تستنتج بخصوص التفاعلات التي تتم داخل المیثوكندري O2 molL الزمن min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 40 60 80 100 120 منحنى تطور تركیز O2 بدلالة الزمن إضافة الكلیكوز t1 إضافة البیروفات t2 تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

b تحلیل واستنتاج 1 قبل t1 یكون استھلاك الأوكسجین من طرف المیتوكندریات ضعیف جدا وعند إضافة الكلیكوز في الزمن t1 لا یتغیر استھلاك الأوكسجین أما عند إضافة حمض البیروفیك فان نسبة استھلاك الأوكسجین ترتفع 2 یدل تغیر كمیة الأوكسجین في الوسط على كون المیتوكندریات تستعملھ خلال نشاطھا 3 المیتوكندریات تستھلك الأوكسجین یعني أن الأمر یتعلق بظاھرة التنفس الخلوي 4 نستنتج أن المیتوكندریات لا تستعمل الكلیكوز مباشرة بل تستعمل ناتج انحلال الكلیكوز الذي ھو حمض البیروفیك إن التفاعلات الكیمیائیة التي تطرأ على حمض البیروفیك بوجود الأوكسجین داخل المیتوكندري تشكل التأكسدات التنفسیة وھي تفاعلات حیھوائیة c خلاصة یتعرض مستقلب الكلیكوز إلى تفككین الأول خارج المیتوكندري على مستوى الجبلة الشفافة و لا یحتاج إلى الأوكسجین و یسمى انحلال الكلیكوز glycolyse الثاني على مستوى المیتوكندري و یحتاج إلى الأوكسجین و یسمى التأكسدات التنفسیة و یعتبر حمض البیروفیك ھو المستقلب الذي یتعرض للتأكسدات التنفسیة بنیة ومكونات المیتوكندریات a فوق بنیة المیتوكندري أنظر الوثیقة 8 الشكل 1 ملاحظة الكترونغرافیة لمقطع طولي للمیتوكندري الشكل 2 ملاحظة الكترونغرافیة لمقطع عرضي للمیتوكندري الشكل 3 رسم تخطیطي تفسیري لفوق بنیة المیتوكندري عناصر الشكل 3 من الوثیقة 1 غشاء خارجي 2 غشاء داخلي 3 ماتریس 4 أعراف ADN 6 بیغشائي حیز 5 تعتبر المیتوكندري من عضیات الخلیة وتتكون من غشاء مزدوج یحیط بمادة عدیمة اللون تسمى ماتریس matrice تتخللھا تفرعات للغشاء الداخلي تسمى أعراف crtes الوثیقة 8 تظھر الوثیقة صورا الكترونوغرافیة للمیتوكندریات ورسوما تفسیریة لھذه العضیات اعتمادا على ھذه المعطیات تعرف بنیة المیتوكندري شكل 1 شكل 2 شكل 3 1 6 2 3 4 5 تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

b التركیب البیوكیمیائي للمیتوكندري أنظر الوثیقة 9 الوثیقة 10 یلاحظ اختلاف في التركیب بین الغشاء الخارجي والداخلي والماتریس إذ تكون الماتریس غنیة بالأنزیمات المزیلة للھیدروجین والمزیلة للكربون غنیة بناقلات البروتونات والالكترونات وATP أما الغشاء الداخلي فیتمیز بوجود مركبات أنزیمیة مسؤولة عن تفسفر ADP إلىATP وتدخل ھذه الأنزیمات في تركیب الكرات ذات شمراخ sphre pdoncule V دور التأكسدات التنفسیة في إنتاج ATP تفاعلات دورة Krebs والأكسدة التنفسیة عند انتقالھ إلى المیتوكندري یخضع حمض البیروفیك لمجموعة من التفاعلات بوجود الأوكسجین وتسمى التأكسدات التنفسیة تبدأ ھذه التفاعلات في الماتریس حیث یتم ھدم حمض البیروفیك عبر مراحل a المرحلة الأولى تكون الأسیتیل كوأنزیم A أنظر الوثیقة 11 تحت تأثیر أنزیمات نوعیة مزیلة للھیدروجین ومزیلة للكربون یتكون الأسیتیل كوأنزیم A في الماتریس انطلاقا من حمض البیروفیك CH3CO COOH Co-AH NAD CH3CO CoA NADH2 CO2 أسیتیل كوأنزیم A كوأنزیم A حمض البیروفیك الوثیقة 9 تعطي الوثیقة بنیة الغشاء الداخلي للمیثوكندري ملاحظة بالمجھر الالكتروني مع رسم تفسیري للبنیة الجزیئیة للغشاءین الداخلي والخارجي ماذا تستخلص من مقارنة البنیة الجزیئیة للغشاءین الداخلي والخارجي للمیتوكندري كرات ذات شمراخ غشاء خارجي غشاء داخلي بروتینات مدمجة فوسفودھنیات كرة ذات شمراخ ATP Synthtase عرف میتوكندري الوثیقة 10 التركیب الكیمیائي للمیتوكندري قارن التركیب الكیمیائي لكل من الغشاء الداخلي والخارجي للمیتوكندري والماتریس واربط بین ھذه المعطیات وبنیة المیتوكندري الغشاء الخارجي الغشاء الداخلي الماتریس 62 بروتینات دھنیات 38 ذات طبیعة شبیھة بتلك الموجودة بالغشاء السیتوبلازمي 80 بروتینات دھنیات 20 طبیعتھا مختلفة عن الجزیئات الموجودة بالغشاء السیتوبلازمي أنزیمات تساھم في تفاعلات أكسدة اختزال سنتتاز ATP جزیئات صغیرة كربونیة أنزیمات متنوعة ناقلات الالكترونات والبروتونات P و ADP و ATP تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

b المرحلة الثانیة دورة Krebs انظر الوثیقة 11 ھي دورة بیوكیمیائیة تتكون من سلسلة من تفاعلات إزالة الكربون وإزالة الھیدروجین ینضم أستیل كوأنزیم A إلى حمض أوكسالوأسیتیك C4 لیعطي حمض السیتریك C6 یحرر الكوأنزیم A قصد تثبیت شق لأستیل جدید یخضع حمض السیتریك لتفاعلات إزالة الكربون وإزالة الھیدروجین بتواجد أنزیمات خاصة لنحصل في الأخیر على حمض الأوكسالوأسیتیك ھذا الأخیر یعاود التفاعل مع أستیل كوأنزیم A خلال دورة Krebs یتم تحریر CO2 واختزال جزیئة NAD وFAD NAD 2 H e- ----------gt NADH H FAD 2 H e- ----------gt FADH2 وتركب جزیئة ATP انطلاقا من أكسدة جزیئة GDP التفاعل الإجمالي لھدم حمض البیروفیك في الماتریس و c FADH2 المرحلة الثالثة مصیر NADHH انطلاقا من الوثیقة 12 والوثیقة 13 وضح كیف تحصل الأكسدة التنفسیة وأبرز أھمیتھا في تكون ممال من جھتي الغشاء الداخلي للمیتوكندري البروتونات H حمض البیروفیك الوثیقة 11 أسیتیل كوأنزیم A حمض الستریك حمض أوكسالوأسیتیك C5 C4 C4 C4 CoAH A كوأنزیم NAD NADHH CO2 CoAH A كوأنزیم NAD NADHH CO2 NAD NADHH GDP Pi CO2 ATP FAD FADH2 NAD NADHH دورة Krebs C4 C6 CH3-CO-COOH 4NAD FAD GDP Pi 3H2O ----------gt 4NADH2 ATP 3CO2 FADH2 تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

NADHH لتعطي FAD و NAD وFADH2 ادن ھذه خلال تفاعلات أكسدة الكلیكوز یتم اختزال جزیئات ناقلة للبروتونات والالكترونات یجب أن تعود إلى حالتھا المؤكسدة في الحیز البیغشائي تتم أكسدة ھذه المتقبلات داخل الغشاء الداخلي للمیتوكندري حیث تطرح البروتونات H بینما تسلم الالكترونات إلى نواقل توجد على مستوى الغشاء الداخلي للمیتوكندري وتكون السلسلة التنفسیة la chane respiratoire إن الالكترونات تتدفق انطلاقا من المعطي الأول NAD إلى المستقبل النھائي وھو الزوج NADHH O2H2O یسمى ھذا التدفق الأكسدة التنفسیة مع 2- 2H یتفاعل الأوكسجین المختزل O لیعطي جزیئة الماء وتتم ھذه العملیة داخل ماتریس المیتوكندري 12 O2 2H -----------------gt H2O الوثیقة 12 یتم نقل الالكترونات من الزوج NADHH إلى الزوج O2H2O بواسطة تفاعلات أكسدة-اختزال عبر NAD السلسلة التنفسیة وذلك بشكل تلقائي حسب تبدل الجھد أكسدة - اختزال المعطي الأول للالكترونات الزوج NADHH NAD المستقبل النھائي للالكترونات O2 H2O الزوج NADHH NAD تدفق تلقائي للالكترونات 900 800 700 600 500 400 300 200 100 - 100 - 200 - 300 - 400 820 mV 12 O2 2H H2O - 320 mV جھد أكسدة اختزال mV T1 T2 T3 T4 T5 T6 ATP سنتتاز الوثیقة 13 الأكسدة التنفسیة e- e- e- e T1 - T2 T3 T4 T5 T6 2 H 4 H 2 H 3 H H H 2 H 2 NADH H NAD FADH2 FAD 12 O2 H2O ADP Pi 3 H ATP H2O حیز بیغشائي غشاء داخلي ماتریس تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

داخل إلى أخر متقبل O2 یتم طرح بروتونات H خلال مرور الالكترونات من أول معط NADH H من جھتي في ھذا الحیز مما یترتب عنھ ممال للبروتونات H الحیز البیغشائي فیرتفع بذلك تركیز H الغشاء الداخلي اختزال الأوكسجین والتفسفر المؤكسد a معطیات تجریبیة التجربة الأولى أنظر الوثیقة 14 تحلیل معطیات التجربة الأولى في المحلول ضعیف pH مرتفع وبعد إضافة O2 إلى الوسط تم تسجیل قبل إضافة O2 تركیز H انخفاض PH ثم بدأ یتراجع تدریجیا ارتفاع سریع في تركیز H في الوسط بعد إضافة O2 إلى انتقال النواقل TH2 أي FADH2 یرجع ارتفاع تركیز H NADH2 من حالتھما المختزلة إلى حالتھما المؤكسدة حسب التفاعل التالي TH2 ---------------------------gt T 2H 2 e- في الوسط بعد ذلك إلى استنفاذ O2 اثر تفاعلھ مع الالكترونات والبروتونات حیث یرجع انخفاض تركیز H یعتبر المتقبل النھائي للبروتونات والالكترونات حسب التفاعل التالي 12 O2 2H 2 e- -----------------------gt H2O التفاعل الإجمالي بعد إضافة O2 للوسط ھو TH2 12 O2 ------------------gt T H2O التجربة الثانیة للكشف عن شروط إنتاج ATP على مستوى الكرات ذات شمراخ نقوم بالتجارب المبینة على الوثیقة 15 الوثیقة 14 العلاقة بین اختزال O2 وتدفق H الشكل أ 0 120 240 360 20 40 60 إضافة O2 H 10-9 mol الزمن S وسط یحتوي على معط للالكترونات O2وبدون TH2 في البدایة میتوكندریات مجس قیاس pH محلول مؤكسجن مقیاس pH في ھذا الوسط تطور تركیز ایونات H الشكل ب قبل وبعد إضافة محلول غني بثنائي الأوكسجین أنظر الشكل ب إضافة O2 تأكسد المعطي للالكترونات TH2 ینتج عنھ خروج البروتونات خارج المیتوكندري تحدث إضافة ATP انخفاض pH عندما یستنفد أي ارتفاع تركیز H إلى داخل المیتوكندري O2 تعود H ماذا تستنتج من تحلیل ھذه المعطیات التجریبیة وضعت میتوكندریات على شكل محلول عالق في وسط یحتوي على معطي للبروتونات خال من الأوكسجین أنظر الشكل أ مع تتبع تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

تحلیل معطیات التجربة الثانیة تبین التجربة a أن فسفرة ADP إلى ATP یتم على مستوى الكریات ذات شمراخ ATP بین الحیز البیغشائي والماتریس Synthtase وتتطلب ھذه الفسفرة وجود فارق في تركیز H حیث یفوق تركیزه في الحیز البیغشائي تركیزه في الماتریس تبین التجربة b أن الغشاء الداخلي للمیتوكندري ضروري لإنتاج ATP فھو المسئول عن خلق الفارق بین الحیز البیغشائي والماتریس ھذا الفارق في التركیز یعتبر ضروریا لفسفرة ADP في تركیز H إلى ATP من طرف الكریات ذات شمراخ b خلاصة عند وجود متقبل للالكترونات O2 تتم أكسدة FADH2 NADH2معط للالكترونات الشيء الذي فترتفع نسبتھا داخل الحیز البیغشائي یعطي طرح للبروتونات H من جھتي الغشاء الداخلي للمیتوكندري تتدفق ھذه البروتونات إلى الماتریس عبر بفعل اختلاف تركیز H الكرات ذات شمراخ والتي تستغل طاقة التدفق لتنتج ATP من خلال تثبیت مجموعة فوسفاتیة على جزیئة ADP تسمى ھذه العملیة التفسفر المؤكسد Phosphorylation oxydative الوثیقة 15 الكشف عن دور الكرات ذات شمراخ نقل البروتونات والتفسفر المؤكسد لجزیئة ATP a التجربة بعد عزلھا تخضع المیتوكندریات لفعل الموجات فوق الصوتیة مما یؤدي إلى تقطیعھا وجعل أعراف الغشاء الداخلي تنقلب وتكون حویصلات مغلقة تكون الكرات ذات شمراخ المرتبطة بھا موجھة نحو الخارج توضع ھذه الحویصلات بحضور ADP وPi في محالیل مثبتة تختلف من حیث pH المعطیات والنتائج التجریبیة مبینة على الرسم أسفلھ إذا كان pH الداخلي pHi أصغر من pH الخارجي pHe یلاحظ تفسفر ADP إذا كان pH الداخلي pHi یساوي pH الخارجي pHe یلاحظ انعدام تفسفر ADP b التجربة 24dinitrophnol DNP مادة ذوابة في الدھون بحضور ھذه المادة یصبح الغشاء الداخلي للمیتوكندري نفوذا للبروتونات في ھذه الحالة یلاحظ أن اختزال الأكسجین یتم بصفة عادیة بینما یتوقف تفسفر ADP انطلاقا من ھذه المعطیات التجریبیة استخرج شروط تركیب ATP داخل المیتوكندري ثم أبرز العلاقة بین اختزال الأوكسجین والتفسفر المؤكسد موجات فوق صوتیة حویصلة مكبرة حویصلات قطع من الغشاء الداخلي میتوكندریات خارج الحویصلة محلول مثبت pHe داخل الحویصلة pHi تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

V مقارنة الحصیلة الطاقیة للتنفس والتخمر قیاس مردودیة التنفس والتخمر أ - المردود الطاقي للتنفس أنظر الوثیقة 16 إن الأكسدة الكاملة لجزیئة الكلیكوز تعطي 2ATP جزیئتین من حمض البیروفیك خلال انحلال الكلیكوز نحصل على 2NADHH 1ATP 1FADH2 ادن بالنسبة لجزیئتین من خلال دورة Krebs یتكون 3NADHH حمض البیروفیك الناتجتین عن انحلال جزیئة واحدة من الكلیكوز یتكون 8NADHH 2ATP 2FADH2 إن عدد ATP المركبة عند استھلاك جزیئة واحدة من الكلیكوز ھو 4 ATP ---------------- 4 ATP 10 NADHH 30 ATP ---------------- 4 ATP ---------------- 2FADH2 المجموع 38 ATP نظریا نحصل على ATP38 لكن في الواقع نحصل على ATP36 فقط لأن نواقل NADH الناتجة في الجبلة الشفافة لا تدخل إلى المیتوكندري ولكن تعوض بنواقل 2FADH باستثناء خلایا القلب والكبد حیث تعوض بنواقل NADH الوثیقة 16 اعتمادا على معطیات الوثیقة أعلاه حدد عدد جزیئات ATP المنتجة انطلاقا من الأكسدة الكاملة لجزیئة واحدة من الكلیكوز في حالة التنفس علما أن أكسدة جزیئة واحدة من NADH2 تمكن من تركیب ثلاث جزیئات من ATP وأكسدة جزیئة واحدة من FADH2 تمكن من تركیب جزیئتین من ATP و أكسدة جزیئة GTP تمكن من تركب جزیئة واحدة من ATP تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي

أحسب المردود الطاقي للتنفس علما أن الطاقة الإجمالیة التي یمكن استخراجھا من مول واحد من الكلیكوز تحت درجة حرارة 37 C وبوجود الأوكسجین ھي 2860 KJ وأن حلمأة مول واحد من ATP یؤدي إلى تحریر طاقة تساوي 305 KJ بما أن مول واحد من الكلیكوز یركب ATP 38 فالطاقة التي یحررھا مول واحد من الكلیكوز ھي 1159 KJ 305 x 38 ادن المردود الطاقي للتنفس ھو ب - المردود الطاقي للتخمر أحسب المردود الطاقي للتخمر علما أن استھلاك جزیئة واحدة من الكلیكوز في حالة التخمر اللبني یحرر فقط جزیئتین من ATP المردود الطاقي للتخمر ھو مقارنة وتفسیر أثناء التنفس یتحلل المستقلب الكلیكوز كلیا فیطرح مجموع الطاقة الكامنة فیھ على شكل طاقة كیمیائیة 1159 KJ وطاقة حراریة 1701 KJ مع تكوین حثالة معدنیة CO2 H2O خالیة من الطاقة أثناء التخمر لا یتحلل المستقلب كلیكوز كلیا وبالتالي لا یطرح إلا جزء من الطاقة الكامنة 167 KJ جزء منھا على شكل طاقة كیمیائیة 61 KJ وجزء على شكل طاقة حراریة 106 KJ مع حثالة عضویة حمض لبني مازالت تحتوي على طاقة كامنة 2860 1672 13465 KJaclactique 1159 405 100 x ------------------ 2860 2 x 305 213 100 x ------------------ 2860 تحریر الطاقة الكامنة في المواد العضویة الأستاذ یوسف الأندلسي