التنافذ

مدخل لدراسة إنتاج المادة العضوية.

https://youtu.be/1rQd6zfjJAI

أهمية الماء والمواد المذابة بالنسبة للنباتات اليخضورية.

https://youtu.be/3NEE5AnXmRU

الية امتصاص الماء الاملاح المعدنية لدى للنباتات اليخضورية.

https://youtu.be/0S57GoT6k20 تعتبر النباتات الخضراء (اليخضورية) بداية السلاسل والشبكات الغذائية باعتبارها تشكل طبقة المنتجين، فهي قادرة على تششكبل مادتها العضوية بنفسها بدون الحاجة إلى التغذية على مواد عضوية جاهزة ولهذا فإننا نسميها ذاتية التغذية. يتطلب تركيب المادة العضوية من طرف النباتات توفر مجموعة من العناصر أهمها الماء والأملاح المعدنية من التربة، CO2 من الهواء والطاقةالضوئية لهذا نقول أنها ظاهرة التركيب الضوئي. تساؤلات:

كيف يتم امتصاص الماء والأملاح المعدنية من طرف النباتات الخضراء؟
ما هي آليات التبادلات الغازیة الیخضوریة؟
كيف يتم انتاج المادة العضوية وما هي أنواعها؟

الفصل الأول: الية امتصاص الماء و الاملاح المعدنية عند النباتات.

تعتمد النباتات في عملية انتاجها للمادة العضوية على التربة التي تأخذ منها الماء والأملاح المعدنية. تساؤلات:

هل تختلف آليات امتصاص الماء وآليات امتصاص الأملاح المعدنية عند النباتات اليخضورية؟
ما هي البنيات المسؤولة عن امتصاص الماء والأملاح المعدنية عند النباتات اليخضورية؟

Iـ الكشف عن تبادلات الماء على مستوى الخلايا

1ـ ملاحظات بالعين المجردة

عندما نضع قطعا من درنات بطاطس متماثلة من حيث الحجم ونوزعها داخل انابيب اختبار تختلف من حيث تركيز السكروز داخلها فإننا نحصل على النتائج المبينة بالجدول التالي:

تحليل :

- يتغير حجم قطع البطاطس بشكل تعاكسي مع قيمة تركيز السكروز بالوسط الخارجي. في غياب تركيز السكروز يصل حجم القطع أقصاه مما يؤكد دخول الماء إلى القطعة انطلاقا من الوسط الخارجي، بينما عند ارتفاع تركيز الوسط الخارجي يخرج الماء من القطعة. استنتاج: تحدث تبادلات للماء بين الأنسجة والوسط الخارجي تبعا لتركيز هذا الأخير

2ـ ملاحظات مجهرية:

نضع قطعتين من بشرة البصل داخل وسطين مختلفين من حيث تركيز السكروز، الظروف التجريبية والنتائج مبينة بالوثيقة التالية:

تحليل:

داخل الوسط الأول بدون سكروز : تحتل الفجوة حيزا كبيرا يحتل جل مساحة الخلية ويصبح اللون الأحمر فاتحا كما يغيب الحيز بين الغشاء السيتوبلازمي والجدار الهيكلي (الحيز البيغشائي).
داخل الوسط الثاني : تحتل الفجوة حيزا ضعيفا نسبيا وتزداد قتامة اللون الأحمر كما يظهر الحيز البيغشائي

استنتاج:

داخل الأوساط ناقصة التوتر (ذات التركيز الضعيف) يدخل الماء إلى الخلية مما يؤدي إلى ملإ كامل للفجوة : حالة الامتلاء
داخل الأوساط مرتفعة التوتر يخرج الماء منن الخلية في اتجاه الوسط الخارجي: حالة البلزمة

خلاصة: يتحكم تركيز الوسط الخارجي في تبادل الماء بين الخلية والوسط الخارجي، ففي تركيز ضعيف يدخل الماء إلى الخلية بينما في تركيز قوي يغادر الماء الخلية في اتجاه الوسط الخارجي ونسمي هذه الظاهرة بالتنافذ أو الأسموزية.

3 ـ تفسير الأسموزية (التنافذ)

معطيات تجريبية:

داخل حوض نعزل وسطين مختلفين من حيث تركيز السكروز بواسطة غشاء نصف نفوذ يسمح بمرور الماء فقط، تبين الوثيقة التالية ظروف التجربة ونتائجها:

تفسير:

تفسر ظاھرة التنافذ بانتقال الماء من الوسط الناقص التوتر الى الوسط المفرط التوتر وذلك لوجود قوة تختلف شدتها باختلاف التركيز(ترتفع بارتفاعه) وهذه القوة هي التي تجذب الماء بحثا عن التوازن وتسمى هذه القوة بالضغط التنافذي والذي يمكن حساب قيمته باستعمال الصيغة التالية: بحيث: Π : الضغط التنافذي بـ Pa R : ثابتة الغازات الكاملة 0.082 T درجة الحرارة المطلفة بـ K° بحيث K=C+273 C التركيز المولي للمادة المذابة mol/l C=n/V مع n=m/M m كتلة المادة المذابة و M الكتلة المولية و V الحجم ملحوظة: بالنسبة للمحاليل المؤينة نضرب هذه القيمة في عدد الايونات المحصل عليها،مثل NaCl يتحلل الى أيونين +Na و -Cl فتكون قيمة الضغط التنافذي:

الانتشار والنقل النشيط

تبادلات المواد المذابة بين الخلية والوسط الخارجي :

https://youtu.be/lqN2u_xW5GE

الكشف عن تبادلات المواد المذابة على مستوى الخلايا

1 ـ ظاهرة الانتشار:

معطيات تجريبية: تجربة Dutrochet

تبين الوثيقة جانبه الظروف التجريبية ونتائج تجربة Dutrochet تحليل: يصعد الماء المقطر داخل مقياس التنافذ فيرتفع الحجم V1 إلى V’1 (وذلك وفق مبدأ التنافذ) الذي ما يلبث أن ينخفض نتيجة مرور جزء منه نحو الوسط الثاني الذي يصبح مذاقه حلوا نتيجة مرور محلول السكروز. استنتاج: إن مرور المواد المذابة بالماء يتم عكس مبدأ التنافذ أي من الوسط مفرط التوتر نحو الوسط ناقص التوتر. نسمي هذه الظاهرة بالانتشار الحر.

2 ـ النفاذية الموجهة والنقل النشيط:

معطيات تجريبية

تكشف التجارب التالية عن آليات جديدة لنقل المواد المذابة:

تجربة1:

نخضع 3 مجموعات من قطع الشمندر الاحمر لثلاث مناولات: ـ المجموعة الاولى: توضع في اناء يحتوي على الماء المقطر فقط ـ المجموعة الثانية: توضع في اناء يحتوي على الحمض الخلي ـ المجموعة الثالثة: توضع في اناء يحتوي على الماء المقطر تم نخضعها لعملية التغلية

نتيجة:

بعد يومين نلاحظ ان ماء الانائين 2 و 3 اصبح احمرا بينما بقي الاول صافيا.

استنتاج:

إن خلايا الشمندر الاحمر الحية(المجموعة الاولى) حافظت على تراكم الصبغة الحمراء bétacyanine في داخلها في حين فقدت الخلايا الميتة(بالحرارة او بالحمض) صبغتها، وهذا يعني ان عمل الغشاء في هذه الحالة مرتبط بحياة الخلية

تجربة2:

نضع كريات حمراء حية في وسط غني بالصوديوم المشع 22Na و بعد تدفق هذه الايونات وتراكمها داخل الكريات الحمراء ننقل هذه الاخيرة الى وسط عادي ونقيس كمية 22Na الخارجة بدلالة الزمن في ظروف مختلفة: ـ بعد اضافة فليورور الصوديم NaF وهي مادة سامة تمنع الخلية من انتاج الطاقة. ـ وبعد اضافة ادينوزين ثلاثي الفوسفات ATP وهي جزيئة مخزنة للطاقة. النتائج ممثلة في الوثيقة التالية: تحليل واستنتاج:

مع بداية التجربة كان تدفق الايونات قويا وينخفض ببطئ.
عند اضافة NaF انخفض خروج الايونات بشكل سريع
عند اضافة ATP ارتفع خروج الايونات بشكل سريع لكن بصفة مؤقتة.
عند الغسل من NaF يرتفع خروج الايونات من جديد.

إن خروج هذه الايونات من الخلية يتطلب طاقة ATP لذا تسمى هذه النفاذية بالنقل النشيط وهو ظاهرة بيولوجية تتطلب حياة الخلية وتتم عكس التركيز (من ناقص التوتر الى مفرط التوثر).

خلاصة:

يمكن تقسيم انواع التبادلات للمواد المذابة الى قسمين:

نقل سلبي لا بتطلب طاقة و يتم وفق تنازلية التركيز و يشمل النقل الحر(ظاهرة فيزيائية فقط) و النقل المسهل(تدخل نواقل غشائية).
نقل نشيط بتطلب طاقة ATP يوفرها النشاط الاستقلابي للخلية و يتم عكس تنازلية التركيز(من ناقص التوتر الى مفرط التوتر).
هناك وسائل اخرى لنقل العناصر السائلة و الصلبة التي لا يمكن للغشاء ادخالها او اخراجها، خصوصا بالنسبة للكائنات وحيدة الخلية و يتعلق الامر بـ :
- عملية الادخال Endocytose :يحبط الغشاء السيتوبلاسمي بالمادة ويبتلعها داخل فجوة بلعمية تنفصل عن الغشاء وتتجه نحو الستوبلاسم.
- عملية الاخراج Exocytose : تتم عكس الابتلاع حيث تندمج الحويصلات الستوبلاسمية مع الغشاء وتخرج محتواها خارج الخلية.

تتم كل هذه التبادلات الخاصة بالماء والمواد المذابة داخله عبر أغشية الخلايا، فما هي بنية هذه الأغشية التي تسمح لها بالقيام بوظيفتها في هذه التبادلات؟

البنيات الخلوية المسؤولة عن الامتصاص

بنية وفوق بنية الجدار الهيكلي والغشاء السيتوبلازمي

https://youtu.be/vrJZHKH8V5c

بنية الاغشية الخلوية المتدخلة في نقل الماء و الاملاح المعدنية

1- بنية الجدار الهيكلي:

يتشكل الجدار الهيكلي من من طبقتین من السیلیلوز تتوسطھا صفیحة متوسطة مكونة من البكتین وھي مركبات سكریة.

یشكل البكتین سمنت بیخلوي، أما السیلیلوز فیتكون من ألیاف تضم عدة جزیئات من الكلیكوز تتجمع فیما بینھا لتشكل

لیفا سیلیلوزيا لذلك نسمي الجدار الھیكلي بالغشاء البكتوسیلیلوزي

تصل بین سیتوبلازمات الخلایا المتجاورة والتي تتخلل الجدار الهيكلي ثقوب تسمى بلاسمودیسمات تسمح بانتقال الماء والأملاح المعدنیة.

2- بنية وفوق بنية الغشاء السيتوبلازمي:

أ- البنية.

نقصد بالبنية شكل الترابط الفضائي بين مكونات جسم معين والتي نستعين فيها بالمجهر الضوئي. باستعمال المجهر الضوئي، يظهر الغشاء السيتوبلازمي عبارة عن خط سميك يحيط بالخلية،ويفصل بين الخلايا المتصلة فيما بينها.

ب- فوق البنية.

نقصد بفوق البنية الدراسة المعتمدة عل المجهر الالكتروني والتي تمكن من التعرف الدقيق على شكل الترابط الفضائي بين مكونات جسم أو مادة معينة وكذلك بعض التفاصيل التي لا يمكن ملاحظها باستعمال المجهر الضوئي بالنظر لقيمة تكبيره الضعيفة. يظهر الغشاء السيتوبلازمي بالمجهر الالكتروني عبارة عن شريطين داكنين يتوسطهما شريط فاتح.

ج- التركيب الكيميائي.

بين التحليل الكيميائي للغشاء السيتوبلاسمي أنه مكون من: a ـ ذهنيات: و تمثل حوالي 40% من وزن الغشاء وتشمل فوسفوذهنيات 50-60% والكوليسترول 17-23% وكليكوذهنيات 7-8% وتملك الفوسفوذهيات قطبا محبا للماء واخرا كارها للماء مما يجعلها تنتظم على شكل طبقتين تبقى خلالها الاقطاب الكارهة للماء داخل الغشاء والاقطاب المحبة للماء نحو السيتوبلاسم والوسط الخارجي للخلية. b- بروتينات:و تمثل حوالي 60% من وزن الغشاء وتنقسم الى قسمين بروتينات مدمجة داخل الغشاء وبروتينات سطحية في اتجاه الوسط الداخلي او الخارجي للخلية. c- سكريات: وتمثل 2-10% وقد ترتبط بالذهنيات مشكلة كليكوذهنيات او بالبروتينات لتشكل كليكوبروتينات.

د- نموذج تفسيري لبنية الغشاء السيتوبلازمي.

انطلاقا من تحديد مكونات الغشاء السيتوبلازمي وخصائص كل من الفوسفوذهنيات والبروتينات، تم اقتراح عدة نماذج تفسيرية لبنية الغشاء السيتوبلازمي، لكن تم اعتماد نموذج Nicolson و Singer الذي يمكن من فهم تبادلات الماء والأملاح المعدنية بين الوسطين الداخلي والخارجي. حسب هذا النموذج أيضا فإن مكونات الغشاء السيتوبلازمي ليست ثابتة بل تتنقل باستمرار على طول الغشاء السيتوبلازمي للخلية ونسميه بالتالي نموذج الفسيفساء المتنقلة أو الفسيفساء السائلة.

دور زغب الامتصاص في امتصاص الماء والأملاح المعدنية.

1 ـ بنية زغب الامتصاص.

يمثل زغب الامتصاص امتداداسيتوبلاسميا لخلايا الطيقة الخارجية للجذر، المسماة السافة الزغبية، تزيد هذه الامتدادات من مساحة التماس بين الجذر والتربة، وهي زيادة تمكن من امتصاص أكبر واسرع للماء والمواد المذابة فيه.

2ـ آليات امتصاص الماء والأملاح المعدنية. أ ـ اليات امتصاص الماء:

تضم فجوة زغب الامتصاص عصارة مفرطة التوتر بالنسبة للوسط الخارجي المتمثل في ماء التربة. ویبین الشكل جانبه نتائج قیاس الضغط التنافذي في مختلف الخلایا المكونة للجذر على مستوى المنطقة المشعرة. حسب قانون التنافذ فان الماء يتدفق من الوسط ناقص التوتر الى الوسط مفرط التوتر اي من زغب الامتصاص الى حدود الادمة الباطنية حيث ينخفص الضغط التنافذي ويتدخل النقل النشيط.

ب ـ اليات امتصاص الاملاح المعدنية:

بما ان الاملاح المعدنية تنتقل من زغب الامتصاص الى حدود الادمة الباطنية اي من وسط ناقص التوتر الى وسط مفرط التوتر فذلك يتم عن طريق النقل النشيط بعد ذلك ينخفص الضغط التنافذي ويتدخل النقل السلبي(الانتشار الحر او المسهل).