ملخص العلوم تانية إعدادي، الترم الأول تدفق الطاقة في عمليتي البناء الضوئي والتنفس الخلوي

أهداف التعلم

• يتعرف نتائج تجربة فان هيلمونت وتركيب البلاستيدة الخضراء ودور الكلوروفيل.
• يشرح مرحلتي البناء الضوئي (التفاعلات الضوئية واللاضوئية) ويكتب معادلته.
• يحدد العوامل المؤثرة في معدل البناء الضوئي.
• يفرق بين التبادل الغازي والتنفس الخلوي ويتعرف تركيب الميتوكوندريا ومرحلتي التنفس الخلوي.
• يميز بين عمليات البناء والهدم في التمثيل الغذائي (الأيض).

المصطلحات والتعريفات

• البناء الضوئي: عملية تصنع بها النباتات الخضراء غذاءها (الجلوكوز) من ثاني أكسيد الكربون والماء في وجود ضوء الشمس والكلوروفيل، مع إطلاق الأكسجين.
• البلاستيدة الخضراء: عُضية تشبه حبة العدس في خلايا الأجزاء الخضراء. الكلوروفيل: صبغ أخضر في أغشية الأقراص يمتص الضوء الأحمر والأزرق ويعكس الأخضر.
• الستروما (الحشوة): أرضية البلاستيدة وتحتوي معظم إنزيمات التفاعلات اللاضوئية. الجرانا: تراكيب من الأقراص تحدث فيها التفاعلات الضوئية.
• الإنزيمات: بروتينات تعمل كعوامل حفز.
• التنفس الخلوي: هدم جزيئات الغذاء (الجلوكوز) في وجود الأكسجين لتكوين ماء وثاني أكسيد الكربون مع انطلاق طاقة، ومعظمه في الميتوكوندريا.
• التمثيل الغذائي (الأيض): مجموع عمليات البناء والهدم داخل الخلايا.

البناء الضوئي

تجربة فان هيلمونت

زرع شتلة صفصاف كتلتها 2.2 كجم في وعاء به 90 كجم تربة جافة وسقاها بالماء 5 سنوات؛ فصارت كتلة الشجرة 75 كجم بينما نقصت التربة نحو 55 جم فقط. واستنتج أن نمو الشجرة لا يعتمد أساسًا على التربة وأن الماء هو العنصر الأساسي، وأوضحت الأبحاث لاحقًا أن النباتات تستخدم أيضًا ثاني أكسيد الكربون وضوء الشمس.

تركيب البلاستيدة الخضراء

غشاء مزدوج، وستروما (حشوة) تحتوي إنزيمات التفاعلات اللاضوئية، وجرانا مكونة من أقراص بأغشيتها الكلوروفيل (تحدث فيها التفاعلات الضوئية). وتوجد بلاستيدات ملونة (في البرقوق وبتلات الأزهار) وعديمة اللون (في البطاطس).

مرحلتا البناء الضوئي

1. التفاعلات الضوئية (في الجرانا): يمتص الكلوروفيل طاقة الضوء الأزرق والأحمر فيصبح نشطًا، وتستخدم الطاقة في تحليل الماء إلى أكسجين وهيدروجين، وينطلق الأكسجين ناتجًا ثانويًا، ويستخدم باقي الطاقة في المرحلة التالية.
2. التفاعلات اللاضوئية (في الستروما): لا تعتمد على الضوء؛ يتحد الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون بوجود الطاقة والإنزيمات لتكوين الجلوكوز، ويخزن على صورة نشا. المعادلة: 6CO₂ + 6H₂O → (ضوء، كلوروفيل) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

الكشف عن النشا

في ورقة مبرقشة سبق تعريضها للضوء ونُزع منها الكلوروفيل بالإيثانول، يتحول لون اليود إلى أزرق داكن في المناطق الخضراء فقط؛ ولا يتكون النشا في المناطق المغطاة بشريط أسود لعدم وجود الضوء أو في المناطق الخالية من الكلوروفيل.

العوامل المؤثرة في معدل البناء الضوئي

شدة الإضاءة، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، ودرجة الحرارة (لكل منها قيمة مثلى)، بالإضافة إلى الماء والأملاح المعدنية والرياح. والزراعة العمودية تقنية تحاكي الظروف المناسبة بالإضاءة الصناعية والمغذيات المائية لإنتاج الغذاء.

التنفس الخلوي

• التبادل الغازي: أخذ الأكسجين وإخراج ثاني أكسيد الكربون من الجسم (يحدث ليلًا ونهارًا)، أما في النباتات فيحدث نهارًا للبناء الضوئي والتنفس وليلًا للتنفس فقط.
• يستدل على التنفس من زوال لون أزرق الميثيلين (استهلاك الأكسجين) وتعكر ماء الجير الرائق (تكوّن CO₂). ويمتص الجير الصودي ثاني أكسيد الكربون من الوسط.
• الميتوكوندريا: غشاء خارجي مستوٍ لحماية المكونات وتنظيم دخول وخروج المواد، وغشاء داخلي متعرج يكوّن ثنيات (الأعراف) تزيد مساحة السطح فتزيد إنتاج الطاقة، وحشوة (ماتركس) سائلة بها الإنزيمات. يكثر عددها في خلايا الكبد والعضلات.
• مرحلتا التنفس الخلوي: (1) في السيتوبلازم دون أكسجين: يتحلل جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك مع طاقة محدودة. (2) في الميتوكوندريا بوجود الأكسجين: ينتج كمية كبيرة من الطاقة والماء وثاني أكسيد الكربون. المعادلة: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + طاقة | وجه المقارنة | البناء الضوئي | التنفس الخلوي | |---|---|---| | المكان | البلاستيدات الخضراء | السيتوبلازم والميتوكوندريا | | الوقت | في وجود الضوء | ليلًا ونهارًا | | الغاز الداخل | CO₂ | O₂ | | الغاز الناتج | O₂ | CO₂ | | نوع العملية | بناء | هدم |

التمثيل الغذائي (الأيض)

• البناء: عمليات تستهلك طاقة لبناء جزيء كبير من جزيئات بسيطة (بناء البروتينات من الأحماض الأمينية، التئام الجروح).
• الهدم: عمليات تنطلق فيها طاقة بهدم جزيء كبير إلى جزيئات أبسط (التنفس الخلوي، هدم الدهون والبروتين).

تنبيهات الامتحان

• الأكسجين الناتج من البناء الضوئي يأتي من تحليل الماء.
• التنفس يحدث ليلًا ونهارًا في كل الخلايا، والبناء الضوئي نهارًا فقط وفي الخلايا الخضراء.
• لا تخلط بين الجرانا (ضوئية) والستروما (لاضوئية).

قائمة المراجعة

• [ ] أذكر استنتاج فان هيلمونت.
• [ ] أصف تركيب البلاستيدة.
• [ ] أفسر لون النبات الأخضر.
• [ ] أميز مرحلتي البناء الضوئي ومكانهما.
• [ ] أكتب معادلة البناء الضوئي.
• [ ] أشرح الكشف عن النشا.
• [ ] أذكر العوامل المؤثرة.
• [ ] أفرق بين التبادل الغازي والتنفس الخلوي.
• [ ] أصف تركيب الميتوكوندريا.
• [ ] أشرح مرحلتي التنفس الخلوي.
• [ ] أكتب معادلة التنفس الخلوي.
• [ ] أصنف عمليات البناء والهدم.