عمليات حيوية في الخلية

عمليات حيوية في الخلية
Biological Processes in the Cell
 

 عملياتُ الأيضِ Metabolic Processes

 مجموعِ العملياتِ الحيويةِ التي تحدثُ في أجسامِ الكائناتِ الحيَّةِ، وتُنظِّمُ إنتاجَ الموادِّ اللازمةِ والطاقةِ واستهلاكَها.

تحتاجُ الكائناتِ الحيَّةَ إلى الغذاءِ الذي يُزوِّدُها بالطاقةِ والموادِّ اللازمةِ لبناءِ الخلايا في أثناءِ النموِّ، أوْ تعويضِ التالفِ منْها.

عملياتُ الأيضِ هي:

عمليات هدم Catabolic Processes؛ هيَ العملياتُ التي تتحطَّمُ فيها جزيئاتٌ مُعقَّدةُ التركيبِ إلى جزيئاتٍ بسيطةِ التركيبِ، وينتجُ منْ خلالِها الطاقةُ التي تَلزمُ الكائنَ الحيَّ. 

عمليات بناء Anabolic Processes؛ هيَ العملياتُ التي تُبْنى فيها جزيئاتٌ مُعقَّدةُ التركيبِ منْ جزيئاتٍ بسيطةِ التركيبِ، ويُستهلَكُ فيها الطاقةُ الناتجةُ منْ عملياتِ الهدمِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: ما المقصود بعمليتي البناء والهدم؟ 

عمليات الهدم: هي العمليات التي تتحطم فيها جزيئات معقدة التركيب إلى جزيئات بسيطة التركيب وينتج من خلالها الطاقة التي تلزم الكائن الحي.

عمليات البناء: هي العمليات التي تبنى فيها جزيئات معقدة التركيب من جزيئات بسيطة التركيب، ويُستهلك فيها الطاقة الناتجة من عمليات الهدم. 

التنفُّسُ الخلويُّ Cellular Respiration

إحدى عملياتِ الهدمِ التي تتضمَّنُ إنتاجَ الطاقةِ منَ الغذاءِ، وهوَ يشملُ عملياتِ التنفُّسِ الخلويِّ الهوائيِّ، والتخمُّرِ.

 

عمليةُ التنفُّسِ الخلويِّ الهوائيِّ: تُنتَجُ معظمُ الطاقةِ في خلايا النباتاتِ والحيواناتِ بوجودِ الأكسجينِ عنْ طريقِ هذه العمليةِ التي تكتملُ في الميتوكندريا، وينجمُ عنْها الماءُ وثاني أكسيدِ الكربونِ، إضافةً إلى طاقةٍ. 

يُمكِنُ التعبيرُ عنْ مجموعِ التفاعلاتِ التي تحدثُ في أثناءِ عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ باستخدامِ المعادلةِ الكليةِ الآتيةِ:

 

الربطُ بعلمِ الحيوانِ يُمكِنُ للجملِ أنْ يظلَّ حيًّا أيامًا عديدةً منْ دونِ شربِ الماءِ في البيئةِ الصحراويةِ؛ فهوَ يُخزِّنُ الدهونَ في سنامِهِ، ثمَّ يعملُ على تكسيرِها وتحويلِها إلى موادَّ تُستخدَمُ في عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ الهوائيِّ عندَ نفادِ الطعامِ مُدَدًا طويلةً، ويساعدُ الماءُ الناتجُ منْ عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ الهوائيِّ على سَدِّ حاجتِهِ منَ الماءِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: أُوضِّحُ المقصودَ بعمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ.

التنفس الخلوي: مثال على عمليات الهدم التي تتضمن إنتاج الطاقة من الغذاء، وهو يشمل التنفس الخلوي الهوائي، والتخمر.

عملية التخمر Fermentation

 تلجأُ خلايا بعضِ الحيواناتِ إلى إنتاجِ الطاقةِ عنْ طريقِ عمليةِ التخمر، نظرا إلى غياب الأكسجينِ، وذلكَ عندَ أدائِها مجهودًا عضليًّا كبيرًا، كما هوَ حالُ الحيواناتِ التي تغوصُ في الماءِ، مثلِ: الحيتانِ والفُقْماتِ، حيثُ لا يكونُ الأكسجينُ كافيًا للقيامِ بعمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ الهوائيِّ بالسرعةِ المناسبةِ للتزوُّدِ بالطاقةِ اللازمةِ، فيستعاض عنْ ذلكَ بعمليةِ التخمُّرِ التي تتضمَّنُ إنتاجَ كمِّيةٍ أقلَّ منَ الطاقةِ وفقا للمعادلةِ الآتيةِ:

وأيضا، تستمدُّ بعضُ الكائناتِ الحيَّةِ الطاقةَ منْ عمليةِ التخمُّرِ، مثلُ: بعضِ أنواعِ البكتيريا، وبعضِ أنواعِ الفطرياتِ وحيدةِ الخليةِ مثلِ الخميرةِ، علمًا بأنَّ عمليةَ التخمُّرِ في الخميرة تؤدّي إلى إنتاجِ غازِ ثاني أكسيدِ الكربونِ والإيثانولِ، إضافةً إلى الطاقةِ.

الربطُ بالرياضةِ منَ المُلاحَظِ أنَّ العدّاءَ في سباقِ 100 m لا يتنفَّسُ في أثناءِ الجريِ؛ إذْ تحتفظُ خلاياهُ العضليةُ بمخزونٍ منَ الأكسجينِ تستهلكُهُ الخلايا في بدايةِ السباقِ، ثمَّ تعتمدُ الخلايا على عمليةِ التخمُّرِ للتزوُّدِ بالطاقةِ في أثناءِ الجريِ. أمّا في السباقِ الطويلِ (الماراثونُ)، فإنَّ خلايا عضلاتِ جسمِ العدّاءِ تُنتِجُ الطاقةَ عنْ طريقِ عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ الهوائيِّ معظمَ الوقتِ. وفي نهايةِ السباقِ، يُستعاضُ عنْ ذلكَ بعمليةِ التخمُّرِ؛ ما يُسبِّبُ تراكمَ حمضِ اللبنِ في الدمِ والخلايا.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: ما الأساس المعتمد في تصنيف أنواع التخمُّرِ .     

نوع المادة الناتجة ( حمض اللبن أو الكحول الإثيلي).        

       

البناءُ الضوئيُّ Photosynthesis
تعتبر المُنتَجاتِ، ومنْها النباتاتُ، أساس السلاسلِ الغذائيةِ في الأنظمةِ البيئيةِ المختلفةِ؛ إذْ تصنعُ غذاءها بنفسها في أثناءِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ Photosynthesis.

تعمل صبغةِ الكلوروفيلِ الموجودة في أغشيةُ الثايلاكويدِات، في البلاستيدات الخضراء على امتصاص الطاقةَ الضوئيةَ منَ الشمسِ ثم تستخدمها لتصنيع غذائها المُتمثِّلَ في سُكَّرِ الغلوكوزِ منْ موادَّ أوَّليةٍ، مثلِ: الماءِ، وثاني أكسيدِ الكربونِ، يُعبَّرُ عنْ مُجمَلِ التفاعلاتِ التي تحدثُ في عمليةِ البناءِ الضوئيِّ بالمعادلةِ الآتيةِ:

يُستخدَمُ الغلوكوزُ الناتج في إنتاجِ سُكَّرٍ آخرَ يُسمّى السكروزُ Sucrose، الذي ينتقلُ منْ أماكنِ إنتاجِهِ إلى بقيةِ أجزاءِ النباتِ، ثمَّ يعيدُهُ النباتُ إلى صورةِ غلوكوزٍ؛ بُغْيَةَ استخدامِهِ في عمليةِ التنفُّسِ الخلويِّ لإنتاجِ الطاقةِ، أوْ عملياتِ البناءِ الأُخرى.

يُستخدَمُ سُكَّرُ الغلوكوزِ أيضًا في صنعِ موادَّ أُخرى، مثلِ السليلوزِ Cellulose الذي يستخدمُهُ النباتُ في تكوينِ الجُدُرِ الخلويةِ،  والنشا الذي يُخزِّنُهُ النباتُ في بعضِ خلايا الجذورِ ودرناتِ الساقِ والبذورِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أبحث نباتُ الغليونِ الهنديِّ Monotropa uniflora هوَ نباتٌ يخلو منْ صبغةِ الكلوروفيلِ، ويعيشُ في المناطقِ المعتدلةِ منْ آسيا وأمريكا الشماليةِ. أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ كيفيةِ حصولِ هذا النباتِ على الغذاءِ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ.	الربطُ باللغةِ يُستعمَلُ مصطلحُ Chlorophyll للدلالةِ على الصبغةِ الخضراءِ في النباتِ. وهوَ لفظٌ يتألَّفُ منْ مقطعينِ؛ الأوَّلُ Chloro الذي يعني أخضرَ، والثاني Phyll منْ Phyllon الذي يعني ورقةً.	أبحث بناءً على ما تعلَّمْتُهُ عنْ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ، أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ أهميةِ النباتاتِ للأنظمةِ البيئيةِ، وأُساعِدُ على إطلاقِ حَمْلةِ (وطني الأجملُ) بتنظيمِ حَمْلةٍ لزراعةِ الأشجارِ.
يخلو نبات الغليون الهندي Monotropa uniflora من مادة الكلوروفيل ما يجعله غير قادر على القيام بعملية البناء الضوئي لصنع غذائه، فيحصل هذا النبات على الغذاء بالتطفل على بعض أنواع الفطريات من مثل فطر روسولا Russula. إذ يُعتبر هذا الفطر من فطريات الجذور، التي ترتبط بعلاقة تقايضية مع جذور بعض الأشجار، تزود خيوط الفطر النبات بالماء والأملاح ويحصل منها على سكر الغلوكوز. وهنا، يتطفل نبات الغليون الهندي على هذا النوع من الفطر، ويحصل منه على السكريات التي حصل عليها بدوره من الأشجار.		للنباتات فوائد عدة في الأنظمة البيئية، منها: - تستهلك النباتات غاز ثاني أكسيد الكربون من الهواء الجوي، حيث يُعد هذا الغاز من غازات الدفيئة التي يسبب تزايد تركيزها في الغلاف الجوي ظاهرة الاحترار العالمي. - تزود النباتات الهواء الجوي بغاز الأكسجين الذي ينتج بسبب قيامها بعملية البناء الضوئي. - تشكل النباتات أسس السلاسل الغذائية في الأنظمة البيئية. - تساهم النباتات وتحديدًا الأشجار في تخفيف درجة حرارة الأرض. - تزيد النباتات من خصوبة التربة، وتسهم في تكوينها عند تحللها. - تعمل الأشجار على منع انجراف التربة.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تأثير بعض العوامل في معدل عملية البناء الضوئي
Factors Affecting the Rate of Photosynthesis

 شِدَّةُ الإضاءةِ، وتركيزُ ثاني أكسيدِ الكربونِ، ودرجةُ الحرارةِ، عوامل تؤثر في مُعدَّلُ عمليةِ البناءِ الضوئي.

العاملِ المُحدِّد Limiting Factor.هو العامل الذي تتسبَّبُ زيادتُهُ في زيادةِ مُعدَّلِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ

شدة الإضاءة Light Intensity	زيادةَ شِدَّةِ الإضاءةِ تؤدّي إلى زيادةِ مُعدَّلِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ؛ ما يعني أنَّ شِدَّةَ الإضاءةِ منَ العواملِ المُحدِّدةِ.
تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون Carbon Dioxide Concentration	كلَّما زادَ تركيزُ غازِ ثاني أكسيدِ الكربونِ زادَ مُعدَّلُ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ. وهذا يعني أنَّ غازَ ثاني أكسيدِ الكربونِ يُعَدُّ عاملًا مُحدِّدًا حتّى يثبتَ مُعدَّلُ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ عندَ زيادةِ تركيزِ هذا الغازِ.
درجة الحرارة Temperature	تحدثُ التفاعلاتُ الحيويةُ، ومنْها البناءُ الضوئيُّ، في الخلايا الحيَّةِ عنْ طريقِ الإنزيمات وعند ارتفاعِ درجةِ الحرارةِ، فإنَّ نشاطَ الإنزيماتِ يزدادُ؛ ما يؤدّي إلى زيادةِ مُعدَّلِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ، وبذلكَ تكونُ درجةُ الحرارةِ عاملًا مُحدِّدًا. وفي حالِ استمرَّ الارتفاعُ في درجةِ الحرارةِ، فإنَّ الإنزيماتِ تتلفُ؛ ما يؤدّي إلى خفضِ مُعدَّلِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: كيفَ تُؤثِّرُ شِدَّةُ الإضاءةِ في مُعدَّلِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ؟

يزيد معدل عملية البناء الضوئي بزيادة شدة الإضاءة، وبذلك تُعد شدة الإضاءة عاملًا محددًا. ثم يثبت معدل عملية البناء الضوئي بزيادة شدة الإضاءة بسبب تأثير عامل محدد آخر.

أتحقَّقُ: لماذا ينخفضُ مُعدَّلُ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ عندَ ارتفاعِ درجةِ الحرارةِ؟

ينخفض معدل عملية البناء الضوئي عند ارتفاع درجة الحرارة عن درجة الحرارة المُثلى بسبب تلف الإنزيمات التي تُسهم في عملية البناء الضوئي.

أبحث يُضبَطُ تركيزُ غازِ ثاني أكسيدِ الكربونِ داخلَ البيوتِ الزجاجيةِ بما نسبتُهُ %0.1 فقطْ. ابحث في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنِ الآثارِ السلبيةِ لارتفاعِ تركيزِ هذا الغازِ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ.

يتسبب تزايد تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في البيوت الزجاجية عن 1% إلى آثار سلبية عدة، منها: يتسبب في انخفاض الرقم الهيدروجيني في الخلايا النباتية، ويصبح تأثيره سامًا عليها. يتسبب في خفض معدل عمليات التنفس الخلوي في الميتوكندريا. يزيد إنتاج بعض السكريات والنشا. ينخفض إنتاج البروتينات. يتسبب بإغلاق الثغور، ما يؤثر سلبًا في حركة الماء داخل النبات.

أبحث في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ أثرِ كمِّيةِ صبغةِ الكلوروفيلِ في الأوراقِ، والماءِ في مُعدَّلِ عمليةِ البناءِ الضوئيِّ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ.

أثر الماء في معدل عملية البناء الضوئي: يلزم الماء النباتات لتقوم بعملية البناء الضوئي، وعند زيادة كمية الماء يزيد معدل عملية البناء الضوئي، ولكن، زيادة ري النباتات قد يعرضها إلى الإصابة ببعض الأمراض، مثل الفطريات الضارة ما يؤثر سلبا في نموها وفي معدل عملية البناء الضوئي فيها. أثر كمية صبغة الكلوروفيل في معدل عملية البناء الضوئي: يزيد تركيز صبغة الكلوروفيل في الأجزاء الخضراء عند انخفاض شدة الإضاءة، ليتمكن النبات من امتصاص الضوء بما يكفي للقيام بعملية البناء الضوئي، ما يعني أن زيادة كمية صبغة الكلوروفيل تعني زيادة معدل عملية البناء الضوئي.