الفصل الثانى

الطاقة الخلوية

الدرس األول

تحصل كيفالحية المخلوات

الطاقة؟ على

فكرة الدرس

المخلوقات جميع تستخدمللقيام الطاقة الحية

الحيوية . بوظائفها

المفرداتـ الحرارية الديناميكا ـ الطاقةالبناء عملية ـ األيض عمليةـ الخلوى التنفس ـ الضوئىالفوسفات ثالثى أدينوسين

ATP.

الربطمع

الحياة

يطـلق على بعض الـمدن ــام"؛ ــة التن ا "مدين Eــ أحيانــة ــف الحركـ ــدم توقـ لعـــك ــ ــا، وهي في ذل ــ فيهتي ة اـل Lا الحيـ به الخالـي تـشتـقوم بنـشاطات مـستمرة

وثابتة.

الطاقة تحوالت

، وهي القـــدرة على energyالطاقـــة : إنـجاز ـشغل. أـما اـلديناميكا الحرارـية فهي دراسة تدفق الطاقة وتحولها في الكون.

معظم التفــاعالت والعمليــات الكيميائيــة ــو ــتى ل ــتمرة، ح ــم مس ــا الجس في خاليــة. ــ ــتهلك أي طاقـ ــ ــك ال تسـ ــ ظننت أنـل، وتنـقل نى وتتحـل يرة تaـب ات الكـب فالجزيـئالـمواد ـعبر الغـشاء الخـلوي، وـكذلك تنـقل ــطة ــذه األنشـ ــة. هـ ــات الوراثيـ المعلومـ

الخلوية جميعها تحتاج إلى

الحرارية الديناميكا قوانين

ــانون األول في ــمى الق يaســانون ــة ق ــديناميكا الحراري الحفــظ الطاقــة. وينص على أن الطاقــة يمكن أن تتحــول من شــكل إلى آخــر . و ينص القـــــــانون الثـــــــاني في ــة على ــ ــديناميكا الحراري ــ الحــدوث فقــدان في الطاقــة ــكل إلى ــا من ش ــد تحوله عن

آخر .

ديناميكا اني في اـل انون الـث ينص الـقــدان في ــدوث فق ــة على ح الحراري

تحولهـا من شـكل إلى الطاقـة عنـدا، فـإن الطاقـة الـتي Eآخـر . وعمومـ

إلى طاـقة تaفـقد أو تـضيع ،ـبل تتـحولحرارـية. وتـعد السلـسلة الغذائـية مثال ــحا على القــــانون الثــــاني ــ واضـروف ة. ومن المـع ديناميكا الحرارـي لـلة لالـستخدام ة القابـل ة الطاـق أن كمـي

في المسـتوى الغـذائي والمتـوافرةاألعلى تتنــاقص على نحٍ و مســتمر

في السلسلة الغذائية.

التغذية ذاتية وغير التغذية ذاتية

المخلوقـــات الذاتيـــة التغذيــة مخلوقـــات ـقادرة على ـصنع ـغذائها بنفـسها. فبعـضها تســـتخدم المـــواد غـــير العضـــوية مثـــل ا ة. أـم ا للطاـق Eدر دروجين مـص د الهـي كبريتـيــات فتســمى ــا النبات بعضــها اآلخــر ومنهــوئية . ــة الض ــة التغذي ــات الذاتي المخلوق

ا ة الضـوئية من ألنـه ل الطاـق وم بتحوـي تـقــا ــ ــة. أم ــ ــة كيميائي ــ ــمس إلى طاق ــ الش

ــير ــات غ ــل المخلوق ــة مث ــة التغذي الذاتيات حـشرة المن والدعـسوقة فهي مخلوـقــام وهضــمه ــاج إلى ابتالع الطع ــة تحت حي

للحصول على الطاقة.

األيض عمليات

ة اعالت الكيميائـي ع التـف يaـشار إلى جمـيفي الخليـــة بعمليـــة تســـمى عمليـــة األيض . وتســمى سلســلة التفــاعالت

الـمادة الناتـجة عن الكيميائـية اـلتي تـعدأـحد تفاعالتـها ـمادةE متفاعـلة للتفاـعل

tار الي مـس ارات األيض الـت األيض ومـسنوعــــان، همــــا مســــارات الهــــدم

البنـاء. ففي مسـار الهـدم ومسـاراتات ل الجزيـئ ة نتيـجة تحلـي تتـحرر الطاـق

إلى جزيئـــات صـــغيرة. أمـــا الكبـــيرةمـسار البـناء فيـستخدم الطاـقة الناتـجة

ــار ــات عن مس ــاء جزيئ ــدم في بن الهكبيرة من جزيئات صغيرة.

الضوئى البناء عملية

تعــد عمليــة مســار بنــاء؛ حيث تتحــول طاقــة

ــة ــ ــة كيميائي ــ ــوئية إلى طاق ــ ــمس الض ــ الش

ــل ــ ــذا التفاع ــ ــة. وفي ه ــ ــتخدمها الخلي ــ تس

تســتخدم المخلوقــات الحيــة الذاتيــة التغذيــة

ــيد ــاني أكس ــمس وث ــوء من الش ــة الض طاق

ــوز ــكر الجلوك ــوvون س ــاء لتك ــون والم الكرب

ــة بين ــة المخزنـ ــجين. ، يمكن للطاقـ أألكسـ

ــة ــاتج عن عملي ــوز الن ــكر الجلوك ــات س جزيئ

ة ات حـي ل إلى مخلوـق اء الضـوئي أن تنتـق البـن

أـخرى عـند اـستهالك ـهذه الجزيـئات في ـصورة

غذاء.

الخلوى التنفس

يعــد التنفس الخلــوي مســار هــدم تتحلــل فيـه المـواد العضـوية لتaحــــــرر الطاقــــــة

الالزمة للخلية.

الخلوية الطاقة وحدة

ــفات- من ــين الثالثي الفوس ــد األدينوس ويعــا ــزود الخالي ــتي ت ــة ال ــات الحيوي أهم الجزيئ

بالطاقة الكيميائية.

الطاقة جزئ ATPتركيب

ــزيء ــ ــد ج ــ ــة يع ــ ا للطاق Eــ ــ مخزنا تي تسـتخدمها الخالـي ة اـل الكيميائـيفي التفـــاعالت المتنوعـــة. وعلى ــة ــات ناقل ــود جزيئ ــرغم من وج الأخــرى للطاقــة خالل الخاليــا، فــإن جـزيء يعـد من الجزيئـات الناقلـة ا، ويوجـد ا في الخالـي Eاألكـثر انتشـارة. ات الحـي واع المخلوـق ع أـن في جمـي

عبــــارة عن ATPفــــإن جــــزيء ــدة ــ ــون من قاع ــ ــد يتك ــ نيوكليوتينيتروجينيـــة هي األديـــنين وســـكر ــات من ــ ــوز وثالث مجموعـ ــ الرايبـ

الفوسفات.

الطاقة جزئ ATPوظيفة

( الطاقــة عنــدما تتكســر ATPيaحــرر جــزيء )

الرابطــة بين مجموعــة الفوســفات الثانيــة

نـEا جزيئـEا يaـسمى أدينوـسين ثـنائي vوالثالـثة، مكو

ة .ADPالفوسفات vومجموعة فوسفات حر

الدرس الثانى

الضوئي البناء

فكرة الدرس

الضوئية الطالقة تتحولفى كيميائية طاقة الى

البناء عملية أثناءالضوئى .

المفرداتـ اللحمة ـ الغرانا ـ الثايالكويد

ـ حلقة+ NADPالصبغة ـروبيسكو إنزيم ـ كالفن

الربط مع

الحياة

وم. ا ـكل ـي ة من حولـن : تتـحول الطاـق

ــة ــات الطاقـ ــوvل البطاريـ حيث تحـ

الكيميائيـــة إلى طاقـــة كهربائيـــة،

ة و الطاقـة الكهربائـي ويحـول الرادـي

ــة ــ ــوتية. وبطريق ــ ــة ص ــ إلى طاق

ــات ــول بعض المخلوق ــابهة تح مش

ــة ــة الطاقـ ــة التغذيـ ــة الذاتيـ الحيـ

ــة من ــة كيميائي ــوئية إلى طاق الض

خالل عملية البناء الضوئي.

الضوئى البناء عملية

ــا ــة، ومنهـ ــة التغذيـ ــات الذاتيـ معظم المخلوقـالنباتـات، قـادرة على صـنع المركبـات العضـوية مثــل الســكر بواســطة عمليــة البنــاء الضــوئي. اء ة البـن اء عملـي ة الـضوئية في أثـن وتتـحول الطاـقــة ــ ــة. والمعادل ــ ــة كيميائي ــ ــوئي إلى طاق ــ الض

الكيميائية التالية تمثل عملية البناء الضوئي:

6CO 2 + 6 H 2 O → C 6 H 12 O 6 +6o2

الضوئية : التفاعالت األولى المرحلة

يaعـــد امتصـــاص الضـــوء الخـطوة األولى في عملـية ــوئي؛ حيث ــ ــاء الضـ ــ البنـتحتــــوي النباتــــات على عضــــيات خاصــــة تمتص

الطاقة الضوئية.

الخضراء البالستيدات

: عضـيات كبـيرة تمتص الطاقـة الضـوئية في اء ة البـن تي تقـوم بعملـي ة اـل المخلوقـات الحـي

الضوئي . الثايالكويــدات ، وهي مجموعــة من األغشــية ــترتب في رزم ــبه الكيس تـ ــطحة تشـ المaسـا . وتحـدث التفـاعالت متراصـة تسـمى الغراـناني ا الـجزء الـث دات. أـم الـضوئية في الثايالكوـيالمهم فيســـمى الل�حمـــة ، وهي ســـائل يمأل

الفراغات المحيطة بالغرانا.

األصباغ

ــتي تمتص ــة ال ــات الملون ــمى الجزيئ تســية ــد في أغشـ ــباغ ، وتوجـ ــوء األصـ الضـالثايالكويــد في البالســتيدات الخضــراء. ة واال موجـي ة أـط باغ المختلـف وتمتص األـص

محددة من الضوء

األلكترون نقل

د األـساس اء الثايالكوـي ركيب غـش ك�ل ـت يaـش

في االنتقــال الفعــال للطاقــة في أثنــاء

نقـــل اإللكـــترون.حيث يتمـــيز غشـــاء

الثايالكويــد بمســاحة ســطح كبــيرة، ممــا

داد اظ بأـع ة لالحتـف وفر المسـاحة الالزـم ـي

كبــيرة من الجزيئــات الناقلــة لإللكــترون،

وكـــذلك وجـــود نـــوعين من البروتينـــات

المعقدة التي تسمى األنظمة الضوئية..

الكيميائية األسموزية

اج جـزيء التزامن ATP يتم إنـت ـب

مـــع نقـــل اإللكـــترون بعمليـــة

ــة، تســمى األســموزية الكيميائي

ATPوهي عملـية يتم فيـها إنـتاج

نتيجــة انتقــال اإللكترونــات مــع

تدرج التركيز.

حلقة : الثانية المرحلةكلفن

اء ة البـن ة من عملـي ة ثانـي اك مرحـل هـنالضــوئي تســمى حلقــة كــالفن يتم ــات فيهــا تخــزين الطاقــة في جزيئ

عضوية مثل الجلوكوز.ــة ــوة النهائيـــة من حلقـ في الخطـكالفن يحول إنزيم يسمى روبيسكو

بديلة مسارات

تــؤثر البيئــة الــتي يعيش فيهــا المخلــوق ــة ــام بعمليـ ــه على القيـ الحي في قدرتـالبـناء الـضوئي، فالبيـئة اـلتي ال يوـجد فيـها كميــات كافيــة من المــاء أو ثــاني أكســيد وق الحي ل من قـدرة المخـل ون تقـل الكرـبالـذي يقـوم بعمليـة البنـاء الضـوئي على ــة ــوئية إلى طاقـ ــة الضـ ــل الطاقـ تحويـــتي ــات ال ــرض النبات ــة. فمثالE تتع كيميائيــات الجافــة والحــارة إلى تعيش في البيئفـقدان كمـيات كـبيرة من الـماء؛ مـما يقـلل من عمليـــة البنـــاء الضـــوئي. وتحـــوي ات قاسـية تي تعيش في مناـخ ات اـل النباـتاء الـضوئي ة البـن ة في عملـي مـسارات بديـلتمكvنهــا من تحويــل الحــد األقصــى من

الطاقة.

C4 plants C4نباتات

C4 تaـسمى ـهذه النباـتات بنباـتات

؛ ألنهــــا تaثب�ت ثــــاني أكســــيد

الكربــون وتربطــه مــع مركبــات

رباعيــــة الكربــــون بــــدالE من

مركـبات ثالثـية الكرـبون في أثـناء

حلقة كالفن .

CAM plants CAM نباتات

ــات يحــدث هــذا المســار في النبات

الـــتي تحتفـــظ بالمـــاء وتعيش في

الـصحراء والمـستنقعات المالـحة وأي

بيـئة أـخرى؛ حيث الوـصول إلى الـماء

محدود جد�ا.

الدرس الثالث

الخلوى التنفس

فكرة الدرس

الحية المخلوقات تحصلبتحليل الطاقة على

في العضوية الجزيئاتالتنفس عملية أثناء

الخلوي.

المفرداتالتنفس ـ الهوائية عمليةـ هوائية عملية ـ الخلوىحلقة ـ السكرى التحلل

التخمر ـ كريس

الربط مع

الحياة

: يجب أن تتغـذى طيـور الخرشـنة

ــة ــ ــتزود بالطاق ــ ــتمرار لل ــ باس

الســـتمرار حياتهـــا في أثنـــاء

هجرتهــا الشــتوية إلى المملكــة

كــــل عام.وكــــذلك اإلنســــان

ــرى ــة األخـ ــات الحيـ والمخلوقـ

ــة ــ ــادر غذائي ــ ــاج إلى مص ــ تحت

متنوعــــة تزودهــــا بالطاقــــة

الضرورية لبقائها ونموها.

الخلوى التنفس

ــة على تحصــل المخلوقــات الحيالطاقـة بعمليـة تسـمى التنفس الخلــــوي. وتتمثــــل وظيفــــة التنفس الخلـــــوي في جمـــــع ــات ــ ــات من المركبـ ــ اإللكترونـالكربونيـــة، مثـــل الجلوكـــوز، واســتخدام طاقتهــا في إنتــاج

زيء ا ATPـج زود الخالـي ذي ـي ، اـلبالطاقة لتؤدي وظائفها.

وي تحـدث ة التنفس الخـل الحـظ أن عملـيفي عكس اتجــاه عمليــة البنــاء الضــوئي. ــتين ــوي في مرحلـ ــدث التنفس الخلـ يحـرئيـستين، هـما: التحـلل الـسكري والتنفس الهــــوائي. المرحلــــة األولى: التحلــــل

ال تتطلب الســـكري عمليـــة الهوائيـــة ،وجــود األكســجين. أمــا التنفس الهــوائي ترون، ربس ونقـل اإللـك فيشـمل حلقـة ـكــود ــ ــة تتطلب وج ــ ــة هوائي ــ ــو عملي ــ وه

األكسجين.

السكرى التحلل

: يتحلــــــــــــل ــوز في الجلوكـالســـــيتوبالزم خالل عمليـــــة التحلــــــــــــل الـسكري يتـكون جزيئــــــان من

ATP وجزيئـــان عـند NADHمن

ــزيء ــل جـ تحلـواحـــــــــد من

الجلوكوز .

كربس حلقة

: وتســـــــمى سلســـــــلة التفــاعالت الــتي يتحلــل اني يروفيت إلى ـث ا الـب فيـهــة ــيد الكربـــون حلقـ أكسـ

( ، TCAكـــربس أو دورة) ويشــار إلى هــذه الحلقــة ا بحلقــــــة حمض Eأيضــــــ

الستريك.

كربس حلقة خطوات

: تـبدأ حلـقة ـكربس بارتـباط أـسيتيل مراـفق اإلـنزيم– أ ـمع ـمركب رـباعي الكربــون لتكــوين مــركب سداســي

الكربون يسمى حمض الستريك. : يتحلــل حمض الســتريك في سلســلة ا Eل، منتجـ ة من التفاـع الخطـوات الالحـق

ئين من ا واحـدEا CO2جزـي Eا جزيئـEد vومولـ ، وثالثــــــــــة جزيئــــــــــات ATPمن

NADH ا منEــد ــ ا واح Eــ ــ . FADH2وجزيئا آخـر FADويعـد جـزيء نـاقالE إلكترونيـ�

ــزيء + ــ ــبيها بجـ ــ ــزيء NADشـ ــ وجـ. +NADP

ا يتم إـعادة تـكوين أـسيتيل مراـفق Eوأـخير : اإلنـــــزيم– أ، وحمض الســـــتريك لكي تســتمر الحلقــة. تــذكر أن جزيــئين من الـبيروفيت يتكوـنان خالل عملـية التحـلل ا ـكربس ا دورـت ا يتنج عنهـم الـسكري، مـمد. كر الواـح زيء الـس ة- من ـج ل حلـق -لـكة لحلقـة كـربس واتج النهائـي وتكـون الـن

جزيئات FADHعلى النـحو الـتالي: ـستة . ، ثمانيـــــة ATP ، وجزيـــــئي CO2من

تنتقـــل 2 وجزيـــئي NADHجزيئـــات ا FADH2 و NADHجزيئـات Eلتـؤدي دور

ة من التنفس ة التالـي ا في المرحـل مهمـ�الهوائي.

األلكترون نقل سلسلة

: تعــد سلســلة نقــل اإللكــترون في ة وائي الخطـوة النهائـي التنفس الـهمن عمليــة تحلــل ســكر الجلوكــوز، ا تي يتم فيـه ا النقطـة اـل Eوهي أيضـ

.ATPإنتاج معظم جزيئات

الالهوائى التنفس

: بعض الـبدائيات مخلوـقات الهوائـية، أي تسـتطيع أن تنمـو وتتكـاثر دون ــذه ــتمر ه ــجين. وتس ــود األكس وجاج ان في إنـت ا في بعض األحـي الخالـي

ATP .عن طريـق التحلـل السـكري ــيتوبالزم، ــر في الس ــدث التخم يحات + ة بجزيـئ د الخلـي د تزوـي وـهو يعـي

NAD ــة من ــ ــة قليلـ ــ ، وينتج كميـــات ــان: ATPجزيئ ــر نوع . والتخم

ــر حمض ــ ــني ) تخم ــ ــر اللب ــ التخمالالكتيك ( والتخمر الكحولي . .

: تخمر حمض الالكتيك عنــد تخمــر حمض الالكتيــك تحــو�ل وvن ذي تـك يروفيت -اـل ات الـب اإلنزيـمكري - ل الـس ة التحـل اء عملـي في أثـن

إلى حمض الالكتيك .

الكحولى التخمر

: يـحدث التخـمر الكـحولي في الخمـــــيرة، وبعض أنـــــواع

البكتيريا.

والتنفس الضوئى البناء عمليتاالخلوى

: ـيبين الـشكل الـتالى االرتـباط بين ـهاتين العمليتين .

ـتذكر أن الـمواد الناتـجة عن عملـية البـناء الضــوئي هي األكســجين والجلوكــوز، وهي المــواد المتفاعلــة الــتي تتطلبهــا عملـية التنفس الخـلوي. والـمواد الناتـجة ــاني عن عمليــة التنفس الخلــوي هي ثأكســيد الكربــون والمــاء، وهي المــواد المتفاعلـــة الالزمـــة لعمليـــة البنـــاء

الضوئي.