استهلاك المادة العضوية وتدفق الطاقة

تقديم:
 تستعمل الكائنات ذاتية التغذية (النباتات الخضراء) الطاقة الضوئية والمواد المعدنية لإنتاج المادة العضوية،بينما تستعمل الكائنات غير ذاتية التغذية ( إنسان، حيوانات، نباتات لايخضورية) المادة العضوية لتمدها بالطاقة اللازمة لنموها وأنشطتها التركيبية، تعويض الخلايا الميتة والمواد المستعملة.
فما هي التفاعلات المسؤولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلايا؟
وما هي أوجه استعمالات هذه الطاقة؟
 I / التفاعلات المسؤولة عن تحرير الطاقة الكامنة في المادة العضوية على مستوى الخلية:


 قصد تعرف اليات انتاج الطاقة من طرف الخلية، نقترح المعطيات التجريبية والملاحظات التالية:
 تمثل الخميرة فطر مجهري وحيد الخلية يمكن أن يعيش في وسط غني بالأكسجين(وسط حيهوائي) ووسط يفتقر للأكسجين
 (وسط حيلاهوائي).
ـ نضع الخميرة في وسط يحتوي على الكليكوز ونوزعها على وسطين:وسط1 حيلاهوائي ووسط2 حيهوائي،ثم نتتبع تغيرات مكونات الوسطين حسب الزمن:

يمثل الجدول1 تغيرات كمية الكليكوز في الوسطين:

يمثل الجدول 2 تغيرات بعض العناصر في الوسطين:

 تمثل الوثيقة التالية ملاحظة مجهرية لخلايا الخميرة في الوسطين بعد 64 ساعة من الزرغ:

 تمثل الوثيقة التالية مظهر خلايا الخميرة في كل وسط:



     ـ اعتمادا على تحليل المعطيات والوثائق السابقة، استخلص اليات انتاج الطاقة من طرف الخميرة.
    ـ تحليل:
  ـ في كلا الوسطين هناك استهلاك للكليكوز من طرف الخمائر.
  ـ في الوسط2 الحيهوائي يلاحظ  أن عدد الخمائر تضاعف كثيرا مع استهلاك للأكسجين وطرح لـ CO2 في الوسط، وتبين الملاحظة المجهرية أن خلايا الخمائر غنية بعضيات خلوية تسمى الميتوكوندريات.

  ـ في الوسط1 الحي لاهوائي يلاحظ أن عدد الخمائر زاد نسبيا مع طرح لـ CO2 وتكون كحول في الوسط، وتبين الملاحظة المجهرية أن خلايا الخمائر تحتوي على ميتوكوندريات قليلة وضامرة.
    ـ استنتاج:
في كلتا الحالتين تستعمل خلايا الخميرة مستقلب الكليكوز لإنتاج الطاقة من اجل تكاثرها.
 ـ في الوسط الحيهوائي تقوم الخلايا بهدم كلي لمستقلب الكليكوز مع استهلاك الأكسجين وطرح CO2 (وايضا H2O)مع إنتاج طاقة مهمة استعملت في التكاثر الكبير للخلايا وهذا ما يعرف بالتنفس ويتطلب تدخل الميتوكوندريات.
 ـ في الوسط الحيلاهوائي تقوم الخلايا بهدم جزئي لمستقلب الكليكوز في غياب الأكسجين مع تشكل كحول(الاثانول C2H5OH) و CO2 مع إنتاج طاقة ضعيفة استعملت في التكاثر الضعيف للخلايا وهذا ما يعرف بالتخمر ولا يتطلب تدخل الميتوكوندريات.
 II / مراحل هدم الكليكوز:
قصد تعرف مراحل هذم الكليكوز داخل الخلية، نقترح المعطيات التجريبية التالية:
نقوم بعزل ميتوكوندريات مأخوذة من خلايا نباتية ثم نضعها في وسط به أكسجين، ونقيس كمية هذا الأخير في الوسط بدلالة الزمن. في الزمن t0 نضع الميتوكوندريات في الوسط، وفي الزمن t1 نضيف كمية قليلة من الكليكوز، وفي الزمن t2 نضيف كمية قليلة من حمض البيروفيك. يمثل المبيان التالي النتائج المحصل عليها:


     ـ اعتمادا على تحليل المبيان، استخلص المراحل الاساسية لهدم الكليكوز على مستوى الخلية.
          ـ  تحليل:
عند إضافة الكليكوز إلى الوسط  في الزمن t1 يلاحظ عدم استهلاك الأكسجين أما عند إضافة حمض البيروفيك في الزمن t2فيلاحظ ارتفاع في استهلاك الأكسجين.
           ـ استنتاج:
الميتوكوندريات تستعمل حمض البيروفيك بوجود الأكسجين ولا تستعمل الكليكوز مباشرة.
            ـ خلاصة:
يتعرض مستقلب الكليكوز إلى تفككين اساسيين:
ـ الأول خارج الميتوكوندري على مستوى الجبلة الشفافة ولا يحتاج إلى الأكسجين، يسمى انحلال الكليكوز glycolyse
ـ الثاني على مستوى الميتوكوندري ويحتاج إلى الأكسجين، يسمى التأكسدات التنفسية ويعتبر حمض البيروفيك هو المستقلب الذي يتعرض للتأكسدات التنفسية.