ملخص الوحدة السادسة الطاقة والتنفس لمادة الاحياء للصف الثاني عشر الفصل الدراسي الثاني لمنهج سلطنة عمان

نقدم لكم ملخص الوحدة السادسة الطاقة والتنفس لمادة الاحياء للصف الثاني عشر الفصل الدراسي الثاني لمنهج سلطنة عمان

أولاً: حاجة الكائنات الحية للطاقة

تحتاج جميع الكائنات الحية إلى إمداد مستمر بالطاقة لأداء وظائفها الحيوية، وتتجلى هذه الحاجة في ثلاثة محاور:

• النقل النشط: نقل المواد عبر الأغشية ضد منحدر التركيز.
• الحركة: سواء داخل الخلية (نقل البروتينات) أو على مستوى الأنسجة (انقباض العضلات).
• تفاعلات البناء: بناء الجزيئات الكبيرة مثل تضاعف DNA وبناء البروتينات.

جزيء ATP – عملة الطاقة العالمية

ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) هو العملة الطاقية العالمية للخلايا. يتكوّن من قاعدة الأدنين + سكر الريبوز + ثلاث مجموعات فوسفات. عند نزع مجموعة فوسفات تُطلَق طاقة مقدارها 30.5 kJ/mol.

مزايا ATP كعملة طاقة:

• يتحلل بسرعة وسهولة في أي جزء من الخلية.
• يُطلق كمية طاقة كافية دون إهدار.
• مستقر نسبياً في نطاق pH الخلايا، ولا يتفكك إلا بوجود إنزيم ATPase.

طريقتا تكوين ATP

• التفاعل المرتبط بالمادة المتفاعلة: نقل مجموعة فوسفات مباشرة من مادة متفاعلة إلى ADP.
• الأسموزية الكيميائية: استخدام طاقة حركة أيونات الهيدروجين عبر غشاء الميتوكندريا.

ثانياً: مراحل التنفس الهوائي الأربع

1 – التحلل السكري (السيتوبالزم)

يتفكك الجلوكوز (6C) إلى جزيئَين من البيروفات (3C) عبر سلسلة من التفاعالت:

• فسفرة الجلوكوز باستخدام جزيئَين من ATP.
• انشطار فركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات إلى جزيئَين من تريوز فوسفات (3C).
• أكسدة تريوز فوسفات ونقل الهيدروجين إلى NAD لتكوين NAD المختزل.
• إنتاج ATP عبر التفاعل المرتبط بالمادة المتفاعلة.

الحصيلة: جزيئَان ATP (ربح صافٍ) + جزيئَان NAD مختزل + جزيئَان بيروفات.

2 – التفاعل الرابط (حشوة الميتوكندريا)

ينتقل البيروفات إلى حشوة الميتوكندريا حيث تقوم الإنزيمات بـ:

• نزع الكربوكسيل: إزالة CO₂ من البيروفات.
• نزع الهيدروجين: نقله إلى NAD لتكوين NAD المختزل.
• تكوين أستيل CoA (2C) بارتباط ما تبقى مع مرافق الإنزيم A.

يُسمى “الرابط” لأنه يربط التحلل السكري بدورة كربس.

3 – دورة كربس (حشوة الميتوكندريا)

سُمّيت على اسم السير هانس كربس الذي اكتشفها عام 1937م (دورة حمض الستريك):

• يرتبط أستيل CoA (2C) مع أكسالوأسيتات (4C) لتكوين السيترات (6C).
• تُنزع مجموعات الكربوكسيل والهيدروجين عبر خطوات متتالية، مُطلِقةً CO₂ وناقلةً H إلى NAD وFAD.
• يُعاد تكوين الأكسالوأسيتات لإكمال الدورة.

ناتج كل دورة: جزيئَا CO₂ + 3 NAD مختزل + FAD مختزل + ATP واحد.

4 – الفسفرة التأكسدية (الغشاء الداخلي للميتوكندريا)

المرحلة الأكثر إنتاجاً لـ ATP وتشمل مرحلتَين:

• سلسلة نقل الإلكترون: تنشطر ذرات H إلى بروتونات وإلكترونات. تنتقل الإلكترونات على طول السلسلة مُطلِقةً طاقة تُستخدم لضخ البروتونات عبر الغشاء.
• الأسموزية الكيميائية: تعود البروتونات عبر ATP سينثيز مُنتِجةً ATP.
• الأكسجين يعمل كمستقبل نهائي للإلكترونات، مُكوِّناً الماء: O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ ← 2H₂O

المرحلة	الموقع	ATP المستخدم	ATP المتكوّن	صافي ATP
التحلل السكري	السيتوبالزم	2	4	2
التفاعل الرابط	حشوة الميتوكندريا	0	0	0
دورة كربس	حشوة الميتوكندريا	0	2	2
الفسفرة التأكسدية	الغشاء الداخلي	0	28	28
المجموع	–	2	34	32

ثالثاً: تركيب الميتوكندريا ووظيفتها

الميتوكندريا عضيّات عصوية يبلغ قطرها 0.5–1 ميكرومتر. تحتوي خلايا الكبد على 1000–2000 ميتوكندريا. تتكوّن من غلاف مزدوج (غشاءان) يُنشئ حيّزاً بينهما. الغشاء الداخلي مطوّي على شكل أعراف (Cristae) لتكبير مساحة سلسلة نقل الإلكترون. تحتوي الحشوة على إنزيمات دورة كربس وحلقات DNA وريبوسومات.

رابعاً: التنفس اللاهوائي

تخمّر اللاكتات (الثدييات)

عند نقص الأكسجين في العضلات، يُختزَل البيروفات إلى لاكتات باستخدام NAD المختزل، مما يُعيد NAD للتحلل السكري. الناتج: 2 ATP فحسب.

تخمّر الإيثانول (الخميرة والنباتات)

يتحوّل البيروفات إلى إيثانال (بنزع CO₂) ثم إلى إيثانول (بالاختزال). يُعيد NAD للتحلل السكري. الناتج: 2 ATP.

نبات الأرز وتكيّفه مع الغمر المائي

• نمو نسيج الإيرنشيما في الجذور (مسافات هوائية).
• تخمّر الإيثانول في الجذور في الظروف اللاهوائية.
• النمو السريع للساق للوصول إلى الهواء.

خامساً: الاستقصاءات العملية

مقياس التنفس (Respirometer): يقيس معدل امتصاص O₂. يُمتص CO₂ بجير الصودا أو KOH، فيكون أي تغيير في الحجم ناتجاً من استهلاك الأكسجين. يُستخدم لدراسة تأثير درجة الحرارة على معدل التنفس.

كاشفات الأكسدة والاختزال (DCPIP وأزرق الميثيلين): تتغير ألوانها عند الاختزال، وتُستخدم لتحديد نشاط التنفس في الخميرة.