انتاج الطاقة في الخلية

ميزان الطاقة في الخلية

كيف تحصل الخلية على الطاقة اللازمة للقيام بأنشطتها

تنطلق من عملية التنفس الخلوي طاقة ترتبط جزئيا ببناء جزيء ATP الذي يشكل مصدرا متوافرا للطاقة للعمليات التي تحدث في الخلية.

يشكل جزيء ATP الناتج منADP ومجموعة فوسفات وسيطا بانتقالات الطاقة في الخلية. يرافق العمليات المستهلكة للطاقة تحليل لجزيئات ATP.

ATP ADP + Pi AMP +Pi

تنطلق غالبية الطاقة من عملية التنفس الخلوي على شكل حرارة. فوسفوفروكتوكيناز (PFK)، هو إنزيم رئيس بعملية الجليكوليزا. بهذه العملية تقوم إنزيمات بتحليل جزيء جلوكوز وتنظمه من جديد بحيث يتكون جزيئان من حامض البيروفيك. تحدث هذه العملية في السيتوبلازم ولا يشترك بها الأكسجين .

يتحلل بالعملية جزيئان من ATP وتربط إنزيمات من نوع كيناز مجموعة فوسفات مع الهيكل الكربوني الذي مصدره الجلوكوز. الفسفرة ضرورية لتمكين مواصلة العملية التي تنطلق منها طاقة ترتبط ببناء أربعة جزيئات ATP.

ينشط إنزيم فوسفوفروكتوكيناز التفاعل التالي الذي يحدث خلال عملية الجليكوليزا:

فروكتوز 6 فوسفات كيناز فروكتوز 1،6 فوسفات

فُحص بالتجربة التي أُجريت على مستنبت خلايا تأثير تركيز الوسط فروكتوز 6 فوسفات على وتيرة نشاط الإنزيم،

1. فسر نتائج التجربة.

بتجربة مكملة فُحص تأثير تركيز ATP و AMP المضافان لوسط تنمية الخلايا على وتيرة نشاط الإنزيم. AMP هو ناتج تحليل ATP في الخلايا. يزداد تركيز AMP في الخلية عندما يزداد استهلاك الطاقة المتوافرة في الخلية ويوجد نقص بـ ATP متوافر.

2. أذكر عاملا واحدا محتملا لانخفاض مستوى ATP في الخلية.

وصفت نتائج التجربة بالرسم البياني التالي: صف نتائج التجربة.

3. ضع عنوانا للرسم البياني.

4. فسر كيف تؤثر إضافة مادة AMP على وتيرة نشاط الإنزيم.

5. اقترح آلية ممكنة لتنظيم وتيرة التنفس الخلوي بواسطة مستوى AMP. يمكن الاستعانة بآلية مراقبة التعبير عن جينات أوبيرون اللاكتوز، بتأثير AMP على وتيرة النسخ.

فُحص بتجربة أخرى تأثير تركيز ATP وإضافة AMP لمستنبت الخلايا على نشاط إنزيم PFK. صف نتائج التجربة.

6. اعتمد على نتائج التجربة وفسر العلاقة بين ميزان الطاقة في الخلية (مستويات ATP,AMP في الخلية) وبين وتيرة نشاط الإنزيم.

7. ما هي العلاقة بين الظاهرة المشروحة بالسؤال السابق وبين الاتزان البدني؟

نقلوا في خمسينات القرن الماضي ملكات نحل من إفريقية إلى البرازيل. كان الهدف من نقل الملكات زيادة عمليات التلقيح.

نتج عن تجارب مختلفة من التهجين بين الملكات الإفريقية والأصناف المحلية أجيال من النسل المهجن تطير أسرع وأبعد. واستفزاز هذا النحل خطر جدا لأنه عنيف بشكل خاص ويميل للسع بسرعة.

وجد أن الصنف الهجين له معدة يمكنها أن تتسع لرحيق أكثر بالنسبة لمعدة النحل المستورد من إفريقية. الميتوكندريا في خلايا العضلة أكبر ووتيرة إنتاج الـ ATP أعلى. تشبه مقدرة الصنف الهجين على استغلال المركبات العضوية لاستخلاص طاقة تستعمل في بناء ATP مقدرة الأصناف الأخرى. تتطابق عملة الطاقة ATP في جميع الكائنات الحية.

10. فسر ما هي العلاقة بين مقدرة النحلة على حمل الرحيق بكمية كبيرة وبين مقدرة النحل على الطيران أسرع وأبعد.

11. اقترحوا تفسيرين محتملين لزيادة وتيرة إنتاج ATP في الأصناف الهجينة للنحلة الإفريقية.

أ‌. تنقل النحلة الهجينة كميات أكبر من الأكسجين إلى الخلايا.

ب‌. تنطلق في الميتوكندريا في خلايا النحلة أثناء التنفس الخلوي وتحليل الجلوكوز طاقة حرارية أقل وينتج ATP أكثر.

اختر أحد التفسيرين المذكورين وضع سؤال بحث يلائم تجربة تفحص التفسير المقترح. ما هما المتغيران المستقل والمتعلق في التجربة المخططة؟

12. وُجد في الناس الذين منشأهم من شمال الكرة الأرضية ميتوكندريا فيها مادة وراثية حصلت بها طفرة. ونتيجة ذلك تنطلق أثناء التنفس الخلوي حرارة أكبر وينتج ATP أقل. ما هي الأفضلية التطورية لهذه الطفرة؟