تعتبر الأنظمة الحية مفتوحة لأنها... دورة "النظرية التربوية - للمعلم الحديث هيكل الدرس؛ أنواع وأنواع الدروس؛ تخطيط الدرس
1.1. الموضوع والمهام وطرق علم الأحياء
علم الأحياء (السيرة الذاتية اليونانية – الحياة والشعارات – المعرفة والتعليم والعلوم) – علم الكائنات الحية. إن تنوع الطبيعة الحية كبير جدًا لدرجة أن علم الأحياء الحديث عبارة عن مجموعة معقدة من العلوم (العلوم البيولوجية) التي تختلف بشكل كبير عن بعضها البعض. علاوة على ذلك، لكل منها موضوع الدراسة الخاص بها وطرقها وأهدافها وغاياتها. على سبيل المثال، علم الفيروسات - علم الفيروسات، علم الأحياء الدقيقة - علم الكائنات الحية الدقيقة، علم الفطريات - علم الفطريات، علم النبات (علم النباتات) - علم النباتات، علم الحيوان - علم الحيوان، الأنثروبولوجيا - علم البشر، علم الخلايا - علم الخلايا، علم الأنسجة - علم الأنسجة، التشريح - علم البنية الداخلية، علم التشكل - علم البنية الخارجية، علم وظائف الأعضاء - علم النشاط الحياتي للكائن الحي بأكمله وأجزائه، علم الوراثة - علم قوانين الوراثة وتنوع الكائنات الحية وطرق السيطرة عليها، علم البيئة - علم علاقات الكائنات الحية بينها وبين بيئتها، نظرية التطور - علم التطور التاريخي للطبيعة الحية، علم الحفريات - علم تطور الحياة في العصور الجيولوجية الماضية، الكيمياء الحيوية - علم المواد والعمليات الكيميائية في الكائنات الحية؛ الفيزياء الحيوية - علم الظواهر الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية في الكائنات الحية، التكنولوجيا الحيوية - مجموعة من الأساليب الصناعية التي تسمح باستخدام الكائنات الحية وأجزائها الفردية لإنتاج منتجات ذات قيمة للإنسان (الأحماض الأمينية والبروتينات والفيتامينات والإنزيمات والمضادات الحيوية والهرمونات وغيرها) الخ.
ينتمي علم الأحياء إلى مجمع العلوم الطبيعية، أي العلوم المتعلقة بالطبيعة. ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بالعلوم الأساسية (الرياضيات والفيزياء والكيمياء)، والطبيعية (الجيولوجيا، والجغرافيا، وعلوم التربة)، والاجتماعية (علم النفس، وعلم الاجتماع)، والتطبيقية (التكنولوجيا الحيوية، وإنتاج المحاصيل، والحفاظ على الطبيعة).
تُستخدم المعرفة البيولوجية في صناعة الأغذية والصيدلة والزراعة. علم الأحياء هو الأساس النظري لعلوم مثل الطب وعلم النفس وعلم الاجتماع.
ينبغي استخدام إنجازات علم الأحياء في حل المشاكل العالمية في عصرنا: العلاقة بين المجتمع والبيئة، والإدارة البيئية الرشيدة والحفاظ عليها، والإمدادات الغذائية.
طرق البحث البيولوجي:
طريقة الملاحظة والوصف (تتكون من جمع ووصف الحقائق)؛
الطريقة المقارنة (تتكون من تحليل أوجه التشابه والاختلاف بين الكائنات قيد الدراسة)؛
الطريقة التاريخية (يدرس مسار تطور الكائن قيد الدراسة)؛
الطريقة التجريبية (تسمح لك بدراسة الظواهر الطبيعية في ظل ظروف معينة)؛
طريقة النمذجة (تسمح بوصف الظواهر الطبيعية المعقدة باستخدام نماذج بسيطة نسبيًا).
1.2. خصائص المادة الحية
عالم محلي م. اقترح وولكنشتاين التعريف التالي: "الأجسام الحية الموجودة على الأرض هي أنظمة مفتوحة ذاتية التنظيم ذاتية التكاثر مبنية على البوليمرات الحيوية - البروتينات والأحماض النووية".
ومع ذلك، لا يوجد تعريف مقبول بشكل عام لمفهوم "الحياة"، ولكن من الممكن تحديد علامات (خصائص) المادة الحية التي تميزها عن المادة غير الحية.
1. تركيب كيميائي معين. تتكون الكائنات الحية من نفس العناصر الكيميائية التي تتكون منها الجمادات، ولكن نسبة هذه العناصر مختلفة. العناصر الرئيسية للكائنات الحية هي C وO وN وH.
2. البنية الخلوية. جميع الكائنات الحية، باستثناء الفيروسات، لها بنية خلوية.
3. التمثيل الغذائي والاعتماد على الطاقة. الكائنات الحية هي أنظمة مفتوحة، وتعتمد على إمدادها بالمواد والطاقة من البيئة الخارجية.
4. التنظيم الذاتي. تتمتع الكائنات الحية بالقدرة على الحفاظ على ثبات تركيبها الكيميائي وكثافة عمليات التمثيل الغذائي.
5. التهيج والوظائف العقلية. تظهر الكائنات الحية التهيج، أي القدرة على الاستجابة لبعض التأثيرات الخارجية بردود فعل محددة.
6. الوراثة. الكائنات الحية قادرة على نقل الخصائص والخصائص من جيل إلى جيل باستخدام ناقلات المعلومات - جزيئات DNA و RNA.
7. التباين. الكائنات الحية قادرة على اكتساب خصائص وخصائص جديدة.
8. التكاثر الذاتي (التكاثر). الكائنات الحية قادرة على التكاثر - إعادة إنتاج نوعها الخاص.
9. التنمية الفردية. التطور هو تطور الكائن الحي منذ الولادة حتى الموت. التنمية يرافقها النمو.
10. التطور التطوري. السلالة هي تطور الحياة على الأرض منذ نشأتها وحتى الوقت الحاضر.
11. الإيقاع. تظهر الكائنات الحية نشاطًا إيقاعيًا (يوميًا، موسميًا، وما إلى ذلك)، يرتبط بخصائص موطنها.
12. النزاهة والتحفظ. فمن ناحية، كل المادة الحية شمولية، منظمة بطريقة معينة وتخضع لقوانين عامة؛ ومن ناحية أخرى، يتكون أي نظام بيولوجي من عناصر منفصلة، على الرغم من أنها مترابطة.
13. التسلسل الهرمي. بدءًا من البوليمرات الحيوية (الأحماض النووية والبروتينات) وحتى المحيط الحيوي ككل، تخضع جميع الكائنات الحية لتبعية معينة. إن عمل الأنظمة البيولوجية على مستوى أقل تعقيدًا يجعل وجود مستوى أكثر تعقيدًا ممكنًا (انظر الفقرة التالية).
1.3. مستويات تنظيم طبيعة الحياة
تسمح لنا الطبيعة الهرمية لتنظيم المادة الحية بتقسيمها بشكل مشروط إلى عدد من المستويات. مستوى تنظيم المادة الحية هو المكان الوظيفي للبنية البيولوجية بدرجة معينة من التعقيد في التسلسل الهرمي العام للكائنات الحية. وتتميز المستويات التالية:
1. الجزيئي (الجيني الجزيئي). وفي هذا المستوى تظهر العمليات الحيوية مثل التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة ونقل المعلومات الوراثية.
2. الخلوية. الخلية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية الأولية للكائنات الحية.
3. النسيج. الأنسجة عبارة عن مجموعة من الخلايا المتشابهة هيكليا، وكذلك المواد بين الخلايا المرتبطة بها، متحدة بأداء وظائف معينة.
4. الجهاز. العضو هو جزء من كائن متعدد الخلايا يؤدي وظيفة أو وظائف محددة.
5. عضوي. الكائن الحي هو الناقل الحقيقي للحياة، ويتميز بكل علاماته. حاليًا، غالبًا ما يتم تمييز مستوى "جيني جيني" واحد، بما في ذلك مستويات التنظيم الخلوية والأنسجة والأعضاء والكائنات الحية.
6. الأنواع السكانية. السكان عبارة عن مجموعة من الأفراد من نفس النوع، يشكلون نظامًا وراثيًا منفصلاً ويسكنون مساحة ذات ظروف معيشية متجانسة نسبيًا. الأنواع - مجموعة من المجموعات السكانية التي يستطيع أفرادها التزاوج لتكوين ذرية خصبة واحتلال منطقة معينة من المساحة الجغرافية (المنطقة).
7. التكاثر الحيوي. التكاثر الحيوي عبارة عن مجموعة من الكائنات الحية من أنواع مختلفة ذات تعقيد متفاوت في التنظيم تعيش في منطقة معينة. إذا تم أخذ العوامل البيئية اللاأحيائية في الاعتبار أيضًا، فإننا نتحدث عن التكاثر الحيوي.
8. المحيط الحيوي. المحيط الحيوي هو غلاف الأرض، الذي يتم تحديد هيكله وخصائصه، بدرجة أو بأخرى، من خلال الأنشطة الحالية أو الماضية للكائنات الحية. تجدر الإشارة إلى أن مستوى المحيط الحيوي لتنظيم المادة الحية غالبا ما لا يتم تمييزه، لأن المحيط الحيوي هو نظام حيوي حيوي، بما في ذلك ليس فقط المادة الحية، ولكن أيضا مادة غير حية.
1.4. أصل الحياة
لا يوجد إجماع بين العلماء على مسألة أصل الحياة، وكذلك على مسألة جوهر الحياة. هناك عدة طرق لحل مسألة أصل الحياة، والتي تتشابك بشكل وثيق. ويمكن تصنيفها على النحو التالي.
1. وفقا لمبدأ أن الفكرة العقل أولي والمادة ثانوية (الفرضيات المثالية) أو المادة أولية والفكرة العقل ثانوية (الفرضيات المادية).
2. وفقًا لمبدأ أن الحياة كانت موجودة دائمًا وستظل موجودة إلى الأبد (فرضية الحالة الثابتة) أو أن الحياة تنشأ في مرحلة معينة من تطور العالم.
3. وفقا للمبدأ - الكائنات الحية تأتي فقط من الكائنات الحية (فرضيات التولد الحيوي) أو أن التولد التلقائي للكائنات الحية من الكائنات غير الحية أمر ممكن (فرضيات التولد الحيوي).
4. وفقا للمبدأ، نشأت الحياة على الأرض أو جاءت من الفضاء (فرضية البانسبرميا).
دعونا نفكر في أهم الفرضيات.
الخلق. الحياة خلقها الخالق. الخالق هو الله، والفكرة، والذكاء الأسمى، وما إلى ذلك.
فرضية الحالة المستقرة. الحياة، مثل الكون نفسه، كانت موجودة دائمًا وستظل موجودة إلى الأبد، لأن ما ليس له بداية ليس له نهاية. وفي الوقت نفسه، فإن وجود الأجسام والتكوينات الفردية (النجوم والكواكب والكائنات الحية) محدود زمنيًا، فهي تنشأ وتولد وتموت. حاليًا، تتمتع هذه الفرضية بأهمية تاريخية بشكل رئيسي، حيث أن النظرية المقبولة عمومًا لتكوين الكون هي “نظرية الانفجار الكبير”، والتي بموجبها يوجد الكون لفترة محدودة، وقد تشكل من نقطة واحدة حوالي 15 مليار سنة. منذ.
فرضية البانسبرميا. تم إحضار الحياة إلى الأرض من الفضاء الخارجي وتجذرت هنا بعد أن تطورت الظروف الملائمة لذلك على الأرض. تم تأجيل حل مسألة كيفية نشوء الحياة في الفضاء، بسبب الصعوبات الموضوعية في حلها، إلى أجل غير مسمى. فمن الممكن أن يكون قد خلقه الخالق، أو كان موجودًا إلى الأبد، أو نشأ من مادة جامدة. في الآونة الأخيرة، ظهر المزيد والمزيد من المؤيدين لهذه الفرضية بين العلماء.
فرضية التولد التلقائي (التولد التلقائي للكائنات الحية من الكائنات غير الحية والتطور الكيميائي الحيوي اللاحق). نشأت الحياة على الأرض من مادة غير حية.
في عام 1924 أ. اقترح أوبارين أن الكائنات الحية نشأت على الأرض من مادة غير حية نتيجة للتطور الكيميائي - التحولات الكيميائية المعقدة للجزيئات. وقد فضلت الظروف السائدة على الأرض في ذلك الوقت هذا الحدث.
في عام 1953، حصل س. ميلر على عدد من المواد العضوية من المركبات غير العضوية في ظروف المختبر. تم إثبات الإمكانية الأساسية لوجود مسار غير عضوي لتكوين مركبات عضوية حيوية (ولكن ليس الكائنات الحية).
منظمة العفو الدولية. يعتقد أوبارين أن المواد العضوية يمكن أن تنشأ في المحيط البدائي من مركبات غير عضوية بسيطة. ونتيجة لتراكم المواد العضوية في المحيط، تشكل ما يسمى بـ "المرق الأولي". ثم يتم دمج البروتينات والجزيئات العضوية الأخرى لتكوين قطرات من التضافر، والتي كانت بمثابة النموذج الأولي للخلايا. كانت قطرات Coacervate خاضعة للانتقاء الطبيعي وتطورت. كانت الكائنات الحية الأولى غير متجانسة. ومع استنفاد احتياطيات "المرق الأساسي"، ظهرت الكائنات الذاتية التغذية.
تجدر الإشارة إلى أنه من وجهة نظر نظرية الاحتمالات، فإن احتمالية تصنيع جزيئات حيوية شديدة التعقيد في ظل ظروف مجموعات عشوائية من الأجزاء المكونة لها منخفضة للغاية.
في و. فيرنادسكي حول أصل وجوهر الحياة والمحيط الحيوي. في و. أوجز فيرنادسكي وجهات نظره حول أصل الحياة في الأطروحات التالية:
1. لم تكن هناك بداية للحياة في الكون الذي نلاحظه، إذ لم تكن هناك بداية لهذا الكون. الحياة أبدية، لأن الكون أبدي، وقد تم نقله دائمًا من خلال النشوء الحيوي.
2. ظهرت الحياة، المتأصلة إلى الأبد في الكون، جديدة على الأرض، وتم إحضار أجنتها باستمرار من الخارج، لكنها استقرت على الأرض فقط عندما كانت الفرص مواتية لذلك.
3. كانت هناك دائمًا حياة على الأرض. إن عمر الكوكب ما هو إلا عمر الحياة عليه. الحياة جيولوجيًا (كوكبيًا) أبدية. عمر الكوكب غير قابل للتحديد.
4. لم تكن الحياة يومًا عشوائية، متجمعة في واحات منفصلة. لقد تم توزيعها في كل مكان وكانت المادة الحية موجودة دائمًا في شكل محيط حيوي.
5. أقدم أشكال الحياة - الحجارة المكسرة - قادرة على أداء جميع الوظائف في المحيط الحيوي. وهذا يعني أنه من الممكن وجود محيط حيوي يتكون من بدائيات النوى فقط. ومن المحتمل أنها كانت هكذا في الماضي.
6. المادة الحية لا يمكن أن تأتي من مادة خاملة. لا توجد خطوات وسيطة بين هاتين الحالتين للمادة. على العكس من ذلك، نتيجة لتأثير الحياة، حدث تطور القشرة الأرضية.
وبالتالي، من الضروري الاعتراف بحقيقة أنه حتى الآن، لا يوجد أي دليل مباشر على أي من الفرضيات الموجودة حول أصل الحياة، والعلم الحديث ليس لديه إجابة واضحة على هذا السؤال.
الفصل 2. التركيب الكيميائي للكائنات الحية
2.1. التركيبة العنصرية
يمكن التعبير عن التركيب الكيميائي للكائنات الحية في شكلين: الذري والجزيئي. يميز التركيب الذري (العنصري) نسبة ذرات العناصر الموجودة في الكائنات الحية. يعكس التركيب الجزيئي (المادي) نسبة جزيئات المواد.
بناءً على محتواها النسبي، تنقسم العناصر التي تتكون منها الكائنات الحية عادة إلى ثلاث مجموعات:
1. العناصر الكبرى - H، O، C، N (في المجموع حوالي 98٪، وتسمى أيضًا الأساسية)، Ca، Cl، K، S، P، Mg، Na، Fe (في المجموع حوالي 2٪). تشكل العناصر الكبيرة الجزء الأكبر من النسبة المئوية لتكوين الكائنات الحية.
2. العناصر الدقيقة - Mn، Co، Zn، Cu، B، I، إلخ. ويبلغ إجمالي محتواها في الخلية حوالي 0.1٪.
3. العناصر الدقيقة للغاية - Au، Hg، Se، وما إلى ذلك. محتواها في الخلية صغير جدًا، ولم يتم الكشف عن الدور الفسيولوجي لمعظمها.
تسمى العناصر الكيميائية التي تشكل جزءًا من الكائنات الحية وتؤدي في نفس الوقت وظائف بيولوجية المنشأ الحيوي. حتى تلك الموجودة في الخلايا بكميات ضئيلة لا يمكن استبدالها بأي شيء وهي ضرورية للغاية للحياة.
2.2. التركيب الجزيئي
العناصر الكيميائية هي جزء من الخلايا على شكل أيونات وجزيئات من مواد غير عضوية وعضوية. وأهم المواد غير العضوية الموجودة في الخلية هي الماء والأملاح المعدنية، وأهم المواد العضوية هي الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية.
2.2.1. المواد غير العضوية
2.2.1.1. ماء
الماء هو العنصر السائد في جميع الكائنات الحية. لها خصائص فريدة بسبب خصائصها الهيكلية: جزيئات الماء لها شكل ثنائي القطب وتتشكل روابط هيدروجينية بينها. يبلغ متوسط محتوى الماء في خلايا معظم الكائنات الحية حوالي 70%. يوجد الماء في الخلية في شكلين: حر (95% من ماء الخلية) ومرتبط (4-5% مرتبط بالبروتينات).
وظائف الماء:
1. الماء كمذيب. العديد من التفاعلات الكيميائية في الخلية تكون أيونية، وبالتالي تحدث فقط في بيئة مائية. تسمى المواد التي تذوب في الماء مواد محبة للماء (الكحول والسكريات والألدهيدات والأحماض الأمينية)، وتسمى المواد التي لا تذوب كارهة للماء (الأحماض الدهنية والسليلوز).
2. الماء ككاشف. ويدخل الماء في العديد من التفاعلات الكيميائية: تفاعلات البلمرة، والتحلل المائي، وفي عملية التمثيل الضوئي.
3. وظيفة النقل. حركة جميع أنحاء الجسم مع الماء من المواد الذائبة فيه إلى أجزائه المختلفة وإخراج المنتجات غير الضرورية من الجسم.
4. الماء كمثبت حراري وثرموستات. ترجع هذه الوظيفة إلى خصائص الماء مثل القدرة الحرارية العالية - فهي تخفف من تأثير التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة في البيئة على الجسم. الموصلية الحرارية العالية - تسمح للجسم بالحفاظ على نفس درجة الحرارة طوال حجمه بالكامل؛ حرارة التبخر العالية - تستخدم لتبريد الجسم أثناء التعرق في الثدييات والنتح في النباتات.
5. الوظيفة الهيكلية. يحتوي سيتوبلازم الخلايا على ما بين 60 إلى 95% ماء، وهذا ما يعطي الخلايا شكلها الطبيعي. في النباتات، يحافظ الماء على التورم (مرونة الغشاء الإندوبلازمي)، وفي بعض الحيوانات يعمل كهيكل عظمي هيدروستاتيكي (قنديل البحر).
2.2.1.2. املاح معدنية
تنفصل الأملاح المعدنية الموجودة في محلول الخلية المائية إلى كاتيونات وأنيونات. الكاتيونات الأكثر أهمية هي K+، Ca2+، Mg2+، Na+، NH4+، والأنيونات هي Cl-، SO42-، HPO42-، H2PO4-، HCO3-، NO3-. ليس التركيز فقط هو المهم، ولكن أيضًا نسبة الأيونات الفردية في الخلية.
وظائف المعادن:
1. الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي. أهم الأنظمة العازلة في الثدييات هي الفوسفات والبيكربونات. يحافظ نظام الفوسفات العازل (HPO42-، H2PO4-) على الرقم الهيدروجيني للسائل داخل الخلايا في حدود 6.9-7.4. يحافظ نظام البيكربونات (HCO3-، H2CO3) على الرقم الهيدروجيني للبيئة خارج الخلية (بلازما الدم) عند 7.4.
2. المشاركة في خلق إمكانات غشاء الخلية. داخل الخلية، تسود أيونات K+ والأيونات العضوية الكبيرة، وفي السوائل المحيطة بالخلية يوجد المزيد من أيونات Na+ وCl-. ونتيجة لذلك، يتشكل اختلاف في الشحنات (الإمكانات) بين الأسطح الخارجية والداخلية لغشاء الخلية. الفرق المحتمل يجعل من الممكن نقل الإثارة على طول العصب أو العضلات.
3. تفعيل الإنزيمات. الأيونات Ca2+ وMg2+ وغيرها هي منشطات ومكونات للعديد من الإنزيمات والهرمونات والفيتامينات.
4. خلق الضغط الاسموزي في الخلية. يضمن التركيز العالي لأيونات الملح داخل الخلية تدفق الماء إليها وخلق ضغط تورم.
5. البناء (الهيكلي). تعمل مركبات النيتروجين والفوسفور والكالسيوم والمواد غير العضوية الأخرى كمصدر لمواد البناء لتخليق الجزيئات العضوية (الأحماض الأمينية والبروتينات والأحماض النووية وما إلى ذلك) وهي جزء من عدد من الهياكل الداعمة للخلية والكائن الحي. . أملاح الكالسيوم والفوسفور هي جزء من أنسجة العظام الحيوانية.
2.2.2. المواد العضوية
مفهوم البوليمرات الحيوية. البوليمر عبارة عن سلسلة متعددة الروابط حيث يكون الرابط عبارة عن مادة بسيطة نسبيًا - مونومر. البوليمرات البيولوجية هي بوليمرات تشكل جزءًا من خلايا الكائنات الحية ومنتجاتها الأيضية. البوليمرات الحيوية هي البروتينات والأحماض النووية والسكريات.
2.2.2.1. الكربوهيدرات
الكربوهيدرات هي مركبات عضوية تتكون من جزيء واحد أو عدة جزيئات من السكريات البسيطة. تبلغ نسبة الكربوهيدرات في الخلايا الحيوانية 1-5%، وفي بعض الخلايا النباتية تصل إلى 70%. هناك ثلاث مجموعات من الكربوهيدرات: السكريات الأحادية (أو السكريات البسيطة)، والسكريات قليلة التعدد (تتكون من 2-10 جزيئات من السكريات البسيطة)، والسكريات المتعددة (تتكون من أكثر من 10 جزيئات من السكريات).
السكريات الأحادية هي مشتقات الكيتون أو الألدهيد من الكحوليات متعددة الهيدرات. اعتمادًا على عدد ذرات الكربون ، يتم التمييز بين الثلاثيات والتتروزات والبنتوسات (الريبوز والديوكسيريبوز) والسداسيات (الجلوكوز والفركتوز) والسباعي. اعتمادًا على المجموعة الوظيفية، تنقسم السكريات إلى: ألدوز، والتي تحتوي على مجموعة الألدهيد (الجلوكوز، الريبوز، ديوكسي ريبوز)، والكيتوز، والتي تحتوي على مجموعة الكيتون (الفركتوز).
يتم تمثيل السكريات القليلة في الطبيعة في الغالب بواسطة السكريات الثنائية، التي تتكون من اثنين من السكريات الأحادية المرتبطة ببعضها البعض عبر رابطة جليكوسيدية. والأكثر شيوعًا هو المالتوز، أو سكر الشعير، الذي يتكون من جزيئين من الجلوكوز؛ اللاكتوز، وهو جزء من الحليب ويتكون من الجالاكتوز والجلوكوز؛ السكروز، أو سكر البنجر، بما في ذلك الجلوكوز والفركتوز.
السكريات. في السكريات، ترتبط السكريات البسيطة (الجلوكوز، المانوز، الجالاكتوز، إلخ) ببعضها البعض بواسطة روابط جليكوسيدية. في حالة وجود 1-4 روابط جليكوسيدية فقط، يتم تشكيل بوليمر خطي غير متفرع (السليلوز)، إذا كانت الروابط 1-4 و1-6 موجودة، فسيتم تفرع البوليمر (الجليكوجين).
السليلوز هو عديد السكاريد الخطي الذي يتكون من جزيئات الجلوكوز. السليلوز هو المكون الرئيسي لجدار الخلية النباتية. النشا والجليكوجين عبارة عن بوليمرات متفرعة من بقايا الجلوكوز، وهي الأشكال الرئيسية لتخزين الجلوكوز في النباتات والحيوانات، على التوالي. يشكل الكيتين الهيكل الخارجي (الصدفة) للقشريات والحشرات، ويعطي القوة لجدار الخلية للفطريات.
وظائف الكربوهيدرات:
1. الطاقة. عن طريق أكسدة السكريات البسيطة (الجلوكوز في المقام الأول)، يتلقى الجسم الجزء الأكبر من الطاقة التي يحتاجها. عندما يتم تكسير 1 جرام من الجلوكوز بالكامل، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.
2. مخزن. يعمل النشا والجليكوجين كمصدر للجلوكوز، ويطلقانه حسب الحاجة.
3. البناء (الهيكلي). يوفر السليلوز والكيتين القوة لجدران خلايا النباتات والفطريات، على التوالي. الريبوز وديوكسيريبوز جزء من الأحماض النووية.
4. المستقبل. يتم توفير وظيفة الخلايا التي تتعرف على بعضها البعض عن طريق البروتينات السكرية التي تشكل جزءًا من أغشية الخلايا. فقدان القدرة على التعرف على بعضها البعض هو سمة من سمات الخلايا السرطانية الخبيثة.
2.2.2.2. الدهون
الدهون عبارة عن دهون ومركبات عضوية شبيهة بالدهون وغير قابلة للذوبان عمليًا في الماء. يختلف محتواها في الخلايا المختلفة بشكل كبير: من 2-3 إلى 50-90٪ في خلايا بذور النباتات والأنسجة الدهنية للحيوانات. كيميائيا، الدهون عادة ما تكون استرات الأحماض الدهنية وعدد من الكحولات. وهي مقسمة إلى عدة فئات: الدهون المحايدة، والشموع، والدهون الفوسفاتية، والمنشطات، وما إلى ذلك.
وظائف الدهون:
1. البناء (الهيكلي). تشكل الدهون الفوسفاتية، مع البروتينات، أساس الأغشية البيولوجية. يعد الكوليسترول مكونًا مهمًا لأغشية الخلايا في الحيوانات.
2. الهرمونية (التنظيمية). العديد من الهرمونات عبارة عن منشطات كيميائيًا (التستوستيرون والبروجستيرون والكورتيزون).
3. الطاقة. عند أكسدة 1 جم من الأحماض الدهنية، يتم إطلاق 38 كيلوجول من الطاقة ويتم تصنيع ضعف ATP مقارنة بتكسير نفس الكمية من الجلوكوز.
4. مخزن. يتم تخزين جزء كبير من احتياطيات الطاقة في الجسم على شكل دهون. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الدهون كمصدر للمياه (عندما يتم حرق 1 جرام من الدهون، يتكون 1.1 جرام من الماء). وهذا مهم بشكل خاص للحيوانات الصحراوية والقطبية الشمالية التي تعاني من نقص في المياه المجانية.
5.Protective. في الثدييات، تعمل الدهون تحت الجلد كعازل حراري. يغطي الشمع بشرة النباتات والريش والصوف وشعر الحيوانات ويحميها من البلل.
6. المشاركة في عملية التمثيل الغذائي. يلعب فيتامين د دورًا رئيسيًا في استقلاب الكالسيوم والفوسفور.
2.2.2.3. السناجب
البروتينات عبارة عن بوليمرات غير متجانسة بيولوجية تكون مونومراتها عبارة عن أحماض أمينية.
وفقا للتركيب الكيميائي، فإن الأحماض الأمينية هي مركبات تحتوي على مجموعة كربوكسيل واحدة (-COOH) ومجموعة أمين واحدة (-NH2)، متصلة بذرة كربون واحدة، والتي ترتبط بها سلسلة جانبية - نوع من الجذر R (هذا هو الذي يعطي الحمض الأميني خصائصه الفريدة).
يشارك 20 حمضًا أمينيًا فقط في تكوين البروتينات. وتسمى الأساسية أو الأساسية: ألانين، ميثيونين، فالين، برولين، ليوسين، آيزوليوسين، تريبتوفان، فينيل ألانين، أسباراجين، جلوتامين، سيرين، جليكاين، تيروزين، ثريونين، سيستين، أرجينين، هيستيدين، ليسين، أحماض الأسبارتيك والجلوتاميك. لا يتم تصنيع بعض الأحماض الأمينية في الحيوانات والبشر ويجب توفيرها من الأطعمة النباتية (وتسمى أساسية).
ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد التساهمية، وتشكل الببتيدات بأطوال مختلفة. الرابطة الببتيدية (الأميدية) هي رابطة تساهمية تتكون من مجموعة الكربوكسيل لأحد الأحماض الأمينية ومجموعة الأمين لحمض أميني آخر. البروتينات عبارة عن بولي ببتيدات ذات وزن جزيئي عالي تحتوي على ما بين مائة إلى عدة آلاف من الأحماض الأمينية.
هناك 4 مستويات لتنظيم البروتين:
البنية الأساسية هي تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد. يتشكل بسبب روابط الببتيد التساهمية بين بقايا الأحماض الأمينية. يتم تحديد البنية الأولية من خلال تسلسل النيوكليوتيدات في قسم جزيء الحمض النووي الذي يشفر بروتينًا معينًا. الهيكل الأساسي لأي بروتين فريد من نوعه ويحدد شكله وخصائصه ووظائفه.
يتكون الهيكل الثانوي عن طريق طي سلاسل البولي ببتيد في شكل حلزوني أو هيكل. يتم الحفاظ عليه بواسطة روابط هيدروجينية بين ذرات الهيدروجين في مجموعات NH وذرات الأكسجين في مجموعات CO-. -يتم تشكيل الحلزون نتيجة لتحريف سلسلة البولي ببتيد إلى حلزون بمسافات متساوية بين المنعطفات. إنها سمة من البروتينات الكروية التي لها شكل كروي كروي. - البنية عبارة عن ترتيب طولي لثلاث سلاسل متعددة الببتيد. إنها سمة من البروتينات الليفية التي لها شكل ليفي ممدود. البروتينات الكروية فقط لها هياكل ثالثية ورباعية.
يتم تشكيل الهيكل الثالث عندما يتم طي الحلزون في كرة (الكرة أو المجال). المجالات عبارة عن تكوينات تشبه الكريات ذات نواة كارهة للماء وطبقة خارجية محبة للماء. يتم تشكيل الهيكل الثالث بسبب الروابط المتكونة بين جذور R للأحماض الأمينية، بسبب التفاعلات الأيونية والكارهة للماء والتشتت، وكذلك بسبب تكوين روابط ثاني كبريتيد (SS) بين جذور السيستين.
البنية الرباعية هي سمة من سمات البروتينات المعقدة التي تتكون من سلسلتين أو أكثر من سلاسل البولي ببتيد غير المرتبطة بروابط تساهمية، وكذلك البروتينات التي تحتوي على مكونات غير بروتينية (أيونات معدنية، إنزيمات مساعدة). يتم دعم البنية الرباعية بنفس الروابط الكيميائية مثل البنية الثلاثية.
يعتمد تكوين البروتين على تسلسل الأحماض الأمينية، ولكنه يمكن أن يتأثر أيضًا بالظروف المحددة التي يوجد فيها البروتين.
يسمى فقدان التنظيم الهيكلي لجزيء البروتين بالتمسخ. يمكن أن يكون تمسخ الطبيعة قابلاً للعكس أو لا رجعة فيه. مع تمسخ عكسي، يتم تدمير الهياكل الرباعية والثالثية والثانوية، ولكن بسبب الحفاظ على البنية الأولية، عندما تعود الظروف الطبيعية، من الممكن إعادة طبيعة البروتين - استعادة التشكل الطبيعي (الأصلي).
بناءً على تركيبها الكيميائي، يتم التمييز بين البروتينات البسيطة والمعقدة. تتكون البروتينات البسيطة فقط من الأحماض الأمينية (البروتينات الليفية والجلوبيولين المناعي). تحتوي البروتينات المعقدة على جزء بروتيني وجزء غير بروتيني - مجموعات صناعية. هناك البروتينات الدهنية (تحتوي على الدهون)، والبروتينات السكرية (الكربوهيدرات)، والبروتينات الفوسفاتية (مجموعة فوسفات واحدة أو أكثر)، والبروتينات المعدنية (المعادن المختلفة)، والبروتينات النووية (الأحماض النووية). تلعب المجموعات التعويضية عادةً دورًا مهمًا في قيام البروتين بوظيفته البيولوجية.
وظائف البروتينات:
1. التحفيزي (الإنزيمي). جميع الإنزيمات هي بروتينات. تحفز بروتينات الإنزيم التفاعلات الكيميائية في الجسم.
2. البناء (الهيكلي). يتم تنفيذه بواسطة البروتينات الليفية الكيراتين (الأظافر والشعر) والكولاجين (الأوتار) والإيلاستين (الأربطة).
3. النقل. هناك عدد من البروتينات قادرة على ربط ونقل مواد مختلفة (الهيموجلوبين يحمل الأكسجين).
4. الهرمونية (التنظيمية). العديد من الهرمونات عبارة عن مواد بروتينية (الأنسولين ينظم استقلاب الجلوكوز).
5.Protective. الجلوبيولين المناعي في الدم عبارة عن أجسام مضادة. ويشارك الفيبرين والثرومبين في تخثر الدم.
6. مقلص (محرك). يشكل الأكتين والميوسين خيوطًا دقيقة ويقومان بتقلص العضلات، ويشكل التوبولين الأنابيب الدقيقة.
7. المستقبل (الإشارة). بعض البروتينات المدمجة في الغشاء "تستقبل المعلومات" من البيئة.
8. الطاقة. عندما يتم تكسير 1 جم من البروتين، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.
الانزيمات. تحفز بروتينات الإنزيم التفاعلات الكيميائية في الجسم. هذه التفاعلات، لأسباب حيوية، إما لا تحدث في الجسم على الإطلاق، أو تحدث ببطء شديد.
بحكم طبيعتها البيوكيميائية، جميع الإنزيمات عبارة عن مواد بروتينية عالية الجزيئية، وعادة ما تكون ذات بنية رباعية. تحتوي جميع الإنزيمات على مكونات غير بروتينية بالإضافة إلى البروتين. يُسمى الجزء البروتيني بالإنزيم المساعد، ويسمى الجزء غير البروتيني بالعامل المساعد (إذا كانت مادة غير عضوية بسيطة، على سبيل المثال، Zn2+) أو الإنزيم المساعد (الإنزيم المساعد) (إذا كان مركبًا عضويًا).
يحتوي جزيء الإنزيم على مركز نشط يتكون من قسمين - الامتصاص (المسؤول عن ربط الإنزيم بجزيء الركيزة) والتحفيزي (المسؤول عن حدوث الحفز نفسه). أثناء التفاعل، يربط الإنزيم الركيزة، ويغير تكوينها بالتتابع، ويشكل سلسلة من الجزيئات الوسيطة التي تنتج في النهاية منتجات التفاعل.
الفرق بين الإنزيمات والمحفزات غير العضوية هو كما يلي:
1. يقوم إنزيم واحد بتحفيز نوع واحد فقط من التفاعل.
2. يقتصر نشاط الإنزيم على نطاق درجة حرارة ضيق إلى حد ما (عادة 35-45 درجة مئوية).
3.تنشط الإنزيمات عند قيم معينة من الرقم الهيدروجيني (معظمها في بيئة قلوية قليلاً).
2.2.2.4. احماض نووية
أحاديات النوكليوتيدات. يتكون أحادي النوكليوتيد من البيورين (أدينين - A، جوانين - G) أو بيريميدين (السيتوزين - C، الثايمين - T، اليوراسيل - U) قاعدة نيتروجينية، سكر البنتوز (ريبوز أو ديوكسي ريبوز) و1-3 بقايا حمض الفوسفوريك.
بولينوكليوتيدات. هناك نوعان من الأحماض النووية: DNA و RNA. الأحماض النووية هي بوليمرات تكون مونومراتها عبارة عن نيوكليوتيدات.
تتكون نيوكليوتيدات DNA و RNA من المكونات التالية:
1. قاعدة النيتروجين (في الحمض النووي: الأدينين، الجوانين، السيتوزين والثايمين؛ في الحمض النووي الريبي: الأدينين، الجوانين، السيتوزين واليوراسيل).
2. سكر البنتوز (في DNA - ديوكسيريبوز، في RNA - ريبوز).
3. بقايا حمض الفوسفوريك.
الحمض النووي (الأحماض النووية الريبية منزوعة الأكسجين) عبارة عن بوليمر طويل السلسلة وغير متفرع يتكون من أربعة أنواع من المونومرات - النيوكليوتيدات A وT وG وC - المرتبطة ببعضها البعض بواسطة رابطة تساهمية من خلال بقايا حمض الفوسفوريك.
يتكون جزيء الحمض النووي من سلسلتين ملتويتين حلزونيًا (حلزون مزدوج). في هذه الحالة، يشكل الأدينين رابطتين هيدروجينيتين مع الثايمين، ويشكل الجوانين ثلاث روابط هيدروجينية مع السيتوزين. تسمى هذه الأزواج من القواعد النيتروجينية مكملة. في جزيء الحمض النووي، تقع دائمًا مقابل بعضها البعض. السلاسل الموجودة في جزيء DNA تكون في اتجاهين متعاكسين. تم إنشاء التركيب المكاني لجزيء الحمض النووي في عام 1953 على يد د.واتسون وإف.كريك.
من خلال الارتباط بالبروتينات، يشكل جزيء الحمض النووي كروموسومًا. الكروموسوم عبارة عن مركب من جزيء DNA واحد مع البروتينات. جزيئات الحمض النووي للكائنات حقيقية النواة (الفطريات والنباتات والحيوانات) خطية ومفتوحة ومرتبطة بالبروتينات وتشكل الكروموسومات. في بدائيات النوى (البكتيريا)، يكون الحمض النووي مغلقًا في حلقة، ولا يرتبط بالبروتينات، ولا يشكل كروموسومًا خطيًا.
وظيفة الحمض النووي: تخزين ونقل واستنساخ المعلومات الوراثية عبر الأجيال. يحدد الحمض النووي البروتينات التي يجب تصنيعها وبأي كميات.
يحتوي RNA (الأحماض النووية الريبية) على الريبوز بدلاً من الديوكسيريبوز، واليوراسيل بدلاً من الثايمين. عادةً ما يحتوي الحمض النووي الريبوزي (RNA) على شريط واحد فقط، وهو أقصر من خيوط الحمض النووي. تم العثور على الحمض النووي الريبي المزدوج تقطعت بهم السبل في بعض الفيروسات.
أنواع الحمض النووي الريبي:
المعلومات (المصفوفة) RNA - mRNA (أو mRNA). لديه دائرة مفتوحة. يعمل كقوالب لتخليق البروتين، حيث ينقل المعلومات حول بنيته من جزيء الحمض النووي إلى الريبوسومات في السيتوبلازم.
نقل الحمض النووي الريبي - الحمض الريبي النووي النقال. يسلم الأحماض الأمينية إلى جزيء البروتين المركب. يتكون جزيء tRNA من 70-90 نيوكليوتيدات، وبفضل التفاعلات التكميلية داخل السلسلة، يكتسب بنية ثانوية مميزة على شكل "ورقة البرسيم".
الريبوسوم RNA - الرنا الريباسي. بالاشتراك مع بروتينات الريبوسوم، فإنه يشكل الريبوسومات - العضيات التي يحدث فيها تخليق البروتين.
في الخلية، يشكل mRNA حوالي 5%، وtRNA حوالي 10%، وrRNA حوالي 85% من إجمالي الحمض النووي الريبي الخلوي.
وظائف الحمض النووي الريبي (RNA): المشاركة في التخليق الحيوي للبروتين.
التضاعف الذاتي للحمض النووي. تتمتع جزيئات الحمض النووي بقدرة غير متأصلة في أي جزيء آخر، وهي القدرة على المضاعفة. تسمى عملية مضاعفة جزيئات الحمض النووي بالتضاعف. يعتمد التكاثر على مبدأ التكامل - تكوين روابط هيدروجينية بين النيوكليوتيدات A وT وG وC.
تتم هذه العملية بواسطة إنزيمات بوليميريز الحمض النووي. وتحت تأثيرها، يتم فصل سلاسل جزيئات الحمض النووي إلى جزء صغير من الجزيء. على سلسلة الجزيء الأم، تكتمل السلاسل الابنة. ثم يتم كشف جزء جديد وتتكرر دورة النسخ المتماثل.
ونتيجة لذلك، تتشكل جزيئات الحمض النووي الابنة التي لا تختلف عن بعضها البعض أو عن الجزيء الأصلي. أثناء انقسام الخلايا، يتم توزيع جزيئات الحمض النووي بين الخلايا الناتجة. هذه هي الطريقة التي تنتقل بها المعلومات من جيل إلى جيل.
الفصل 3. بنية الخلية
المبادئ الأساسية لنظرية الخلية:
1. الخلية هي الوحدة الهيكلية لجميع الكائنات الحية. تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا (باستثناء الفيروسات).
2. الخلية هي الوحدة الوظيفية لجميع الكائنات الحية. تعرض الخلية مجموعة كاملة من الوظائف الحيوية.
3. الخلية هي وحدة تطور جميع الكائنات الحية. تتشكل الخلايا الجديدة فقط نتيجة انقسام الخلية الأصلية (الأم).
4. الخلية هي الوحدة الوراثية لجميع الكائنات الحية. تحتوي كروموسومات الخلية على معلومات حول تطور الكائن الحي بأكمله.
5. خلايا جميع الكائنات الحية متشابهة في التركيب الكيميائي والبنية والوظائف.
3.1. أنواع التنظيم الخلوي
من بين الكائنات الحية، الفيروسات فقط هي التي ليس لها بنية خلوية. يتم تمثيل جميع الكائنات الحية الأخرى بأشكال الحياة الخلوية. هناك نوعان من التنظيم الخلوي: بدائية النواة وحقيقية النواة. تشمل بدائيات النوى البكتيريا والخضراء الزرقاء، وتشمل حقيقيات النوى النباتات والفطريات والحيوانات.
الخلايا بدائية النواة بسيطة نسبيا. ليس لديهم نواة، وتسمى المنطقة التي يوجد فيها الحمض النووي في السيتوبلازم بالنواة، وجزيء الحمض النووي الوحيد دائري وغير مرتبط بالبروتينات، والخلايا أصغر من الخلايا حقيقية النواة، ويحتوي جدار الخلية على جليكوبيبتيد - مورين، لا توجد عضيات غشائية، ويتم تنفيذ وظائفها عن طريق غزوات غشاء البلازما، والريبوسومات صغيرة، ولا توجد أنابيب دقيقة، وبالتالي فإن السيتوبلازم بلا حراك، والأهداب والسوط لها بنية خاصة.
تحتوي الخلايا حقيقية النواة على نواة توجد فيها الكروموسومات - جزيئات الحمض النووي الخطية المرتبطة بالبروتينات، وتقع عضيات الغشاء المختلفة في السيتوبلازم.
تتميز الخلايا النباتية بوجود جدار خلوي سميك من السليلوز والبلاستيدات وفجوة مركزية كبيرة تعمل على إزاحة النواة إلى المحيط. لا يحتوي مركز الخلية في النباتات العليا على مريكزات. الكربوهيدرات المخزنة هي النشا.
تحتوي الخلايا الفطرية على جدار خلوي يحتوي على الكيتين، وهو فجوة مركزية في السيتوبلازم، ولا تحتوي على بلاستيدات. فقط بعض الفطريات لديها مركز مركزي في مركز الخلية. الكربوهيدرات الاحتياطية الرئيسية هي الجليكوجين.
تمتلك الخلايا الحيوانية، كقاعدة عامة، جدارًا خلويًا رقيقًا، ولا تحتوي على البلاستيدات والفجوة المركزية، ويتميز مركز الخلية بوجود مريكز. الكربوهيدرات المخزنة هي الجليكوجين.
3.2. هيكل الخلية حقيقية النواة
تتكون جميع الخلايا من ثلاثة أجزاء رئيسية:
1. غشاء الخلية يحد الخلية من البيئة.
2. يشكل السيتوبلازم المحتويات الداخلية للخلية.
3. النواة (في بدائيات النوى - النواة). يحتوي على المادة الوراثية للخلية.
3.2.1. غشاء الخلية
هيكل غشاء الخلية. أساس غشاء الخلية هو الغشاء البلازمي - وهو غشاء بيولوجي يحد محتويات الخلية الداخلية من البيئة الخارجية.
جميع الأغشية البيولوجية عبارة عن طبقة ثنائية من الدهون، حيث تكون نهاياتها الكارهة للماء متجهة إلى الداخل ورؤوسها المحبة للماء متجهة إلى الخارج. وتنغمس البروتينات فيه إلى أعماق متفاوتة، وبعضها يخترق الغشاء مباشرة. البروتينات قادرة على التحرك في مستوى الغشاء. تؤدي بروتينات الغشاء وظائف مختلفة: نقل الجزيئات المختلفة؛ استقبال وتحويل الإشارات من البيئة؛ الحفاظ على بنية الغشاء. الخاصية الأكثر أهمية للأغشية هي النفاذية الانتقائية.
تحتوي الأغشية البلازمية للخلايا الحيوانية على طبقة من الكأس السكري من الخارج، تتكون من البروتينات السكرية والشحميات السكرية، والتي تؤدي وظائف الإشارات والمستقبلات. يلعب دورًا مهمًا في دمج الخلايا في الأنسجة. الأغشية البلازمية للخلايا النباتية مغطاة بجدار خلوي مصنوع من السليلوز. تسمح المسام الموجودة في الجدار بمرور الماء والجزيئات الصغيرة، كما توفر الصلابة للخلية الدعم الميكانيكي والحماية.
وظائف غشاء الخلية. يؤدي غشاء الخلية الوظائف التالية: تحديد شكل الخلية والحفاظ عليه؛ يحمي الخلية من التأثيرات الميكانيكية واختراق العوامل البيولوجية الضارة؛ يحدد المحتويات الداخلية للخلية. ينظم عملية التمثيل الغذائي بين الخلية والبيئة، مما يضمن ثبات التركيبة داخل الخلايا. ينفذ التعرف على العديد من الإشارات الجزيئية (على سبيل المثال، الهرمونات)؛ يشارك في تكوين الاتصالات بين الخلايا وأنواع مختلفة من نتوءات معينة من السيتوبلازم (الميكروفيلي، الأهداب، السوط).
آليات تغلغل المواد في الخلايا. هناك تبادل مستمر للمواد بين الخلية والبيئة. يتم نقل الأيونات والجزيئات الصغيرة عبر الغشاء عن طريق النقل السلبي أو النشط، والجزيئات الكبيرة والجزيئات الكبيرة عن طريق الاستئصال الداخلي والإخراج الخلوي.
النقل السلبي هو حركة المادة على طول تدرج التركيز، والتي تتم دون إنفاق الطاقة، عن طريق الانتشار البسيط، أو التناضح، أو الانتشار الميسر بمساعدة البروتينات الحاملة. النقل النشط - يرتبط نقل المادة بواسطة البروتينات الحاملة ضد تدرج التركيز باستهلاك الطاقة.
الالتقام الخلوي هو امتصاص المواد عن طريق إحاطتها بنتوءات من غشاء البلازما مع تكوين حويصلات محاطة بالغشاء. Exocytosis هو إطلاق المواد من الخلية عن طريق إحاطتها بنمو غشاء البلازما مع تكوين حويصلات محاطة بالغشاء. يُطلق على امتصاص وإطلاق الجزيئات الصلبة والكبيرة اسم البلعمة والبلعمة العكسية، على التوالي؛ وتسمى الجزيئات السائلة أو المذابة كثرة الخلايا واحتساء الخلايا العكسي.
3.2.2. السيتوبلازم
السيتوبلازم هو المحتويات الداخلية للخلية ويتكون من المادة الرئيسية (الهيالوبلازم) والهياكل المختلفة داخل الخلايا الموجودة فيه (الشوائب والعضيات).
الهيالوبلازم (المصفوفة) هو محلول مائي للمواد غير العضوية والعضوية، قادر على تغيير اللزوجة وفي الحركة المستمرة.
يتم تمثيل الهياكل السيتوبلازمية للخلية عن طريق الادراج والعضيات. الادراج هي هياكل غير مستقرة من السيتوبلازم في شكل حبيبات (النشا والجليكوجين والبروتينات) وقطرات (الدهون). العضيات هي مكونات دائمة وأساسية لمعظم الخلايا، ولها بنية محددة وتؤدي وظائف حيوية.
عضيات الخلية ذات الغشاء الواحد: الشبكة الإندوبلازمية، مجمع جولجي الصفائحي، الليزوزومات.
الشبكة الإندوبلازمية (الشبكة) عبارة عن نظام من التجاويف والأنابيب والقنوات المترابطة، المحددة من السيتوبلازم بطبقة واحدة من الغشاء وتقسم سيتوبلازم الخلايا إلى مساحات معزولة. وهذا ضروري لفصل العديد من ردود الفعل المتوازية. هناك شبكة إندوبلازمية خشنة (على سطحها توجد ريبوسومات يتم تصنيع البروتين عليها) وشبكة إندوبلازمية ناعمة (على سطحها يتم تخليق الدهون والكربوهيدرات).
جهاز جولجي (مجمع صفائحي) عبارة عن كومة مكونة من 5 إلى 20 تجاويف غشائية مسطحة على شكل قرص وفقاعات دقيقة مربوطة منها. وتتمثل مهمتها في تحويل وتراكم ونقل المواد التي تدخلها إلى الهياكل المختلفة داخل الخلايا أو خارج الخلية. أغشية جهاز جولجي قادرة على تكوين الليزوزومات.
الليزوزومات هي حويصلات غشائية تحتوي على إنزيمات تحللية. في الليزوزومات، يتم هضم كل من المنتجات التي تدخل الخلية عن طريق الالتقام الخلوي والأجزاء المكونة للخلايا أو الخلية بأكملها (التحلل الذاتي). هناك الليزوزومات الأولية والثانوية. الليزوزومات الأولية عبارة عن فقاعات صغيرة منفصلة عن تجاويف جهاز جولجي، ومحاطة بغشاء واحد وتحتوي على مجموعة من الإنزيمات. بعد اندماج الليزوزومات الأولية مع الركيزة المراد هضمها، تتشكل الليزوزومات الثانوية (على سبيل المثال، الفجوات الهضمية في الأوليات).
الفجوات هي أكياس غشائية مملوءة بالسوائل. يُسمى الغشاء تونوبلاست، وتسمى محتوياته عصارة الخلية. قد تحتوي عصارة الخلية على مواد مغذية احتياطية، ومحاليل صبغية، ومنتجات نفايات، وأنزيمات متحللة. وتشارك الفجوات في تنظيم استقلاب الماء والملح، وخلق ضغط تورم، وتراكم المواد الاحتياطية وإزالة المركبات السامة من عملية التمثيل الغذائي.
الشبكة الإندوبلازمية، ومعقد جولجي، والجسيمات الحالة، والفجوات هي هياكل ذات غشاء واحد وتشكل نظام غشاء واحد للخلية.
عضيات الخلايا ذات الغشاء المزدوج: الميتوكوندريا والبلاستيدات.
تحتوي الخلايا حقيقية النواة أيضًا على عضيات معزولة عن السيتوبلازم بواسطة غشائين. هذه هي الميتوكوندريا والبلاستيدات. لديهم جزيء الحمض النووي الدائري الخاص بهم، والريبوسومات الصغيرة وقادرة على الانقسام. كان هذا بمثابة الأساس لظهور النظرية التكافلية لأصل حقيقيات النوى. وفقًا لهذه النظرية، في الماضي، كانت الميتوكوندريا والبلاستيدات عبارة عن بدائيات نوى مستقلة، والتي تحولت لاحقًا إلى التعايش الداخلي مع الكائنات الخلوية الأخرى.
الميتوكوندريا هي عضيات على شكل قضيب، بيضاوية أو مستديرة. محتويات الميتوكوندريا (المصفوفة) محدودة من السيتوبلازم بغشاءين: غشاء خارجي أملس وغشاء داخلي يشكل طيات (أعراف). تتشكل جزيئات ATP في الميتوكوندريا.
البلاستيدات هي عضيات محاطة بقشرة تتكون من غشائين بداخلهما مادة متجانسة (السدى). تتميز البلاستيدات فقط بخلايا الكائنات حقيقية النواة التي تقوم بالتمثيل الضوئي. اعتمادًا على لونها، يتم التمييز بين البلاستيدات الخضراء والبلاستيدات الملونة والبلاستيدات البيضاء.
البلاستيدات الخضراء هي بلاستيدات خضراء تحدث فيها عملية التمثيل الضوئي. الغشاء الخارجي أملس. داخلي - يشكل نظامًا من الحويصلات المسطحة (الثيلاكويدات) التي يتم جمعها في أكوام (جرانات). تحتوي أغشية الثايلاكويد على أصباغ خضراء وكلوروفيل بالإضافة إلى الكاروتينات. البلاستيدات الملونة هي بلاستيدات تحتوي على أصباغ كاروتينويد، مما يمنحها الألوان الأحمر والأصفر والبرتقالي. أنها تعطي الألوان الزاهية للزهور والفواكه. الليوكوبلاست هي بلاستيدات عديمة اللون وغير مصبوغة. يوجد في خلايا الأجزاء الموجودة تحت الأرض أو غير الملونة من النباتات (الجذور والجذور والدرنات). قادرة على تجميع العناصر الغذائية الاحتياطية، وخاصة النشا والدهون والبروتينات. يمكن أن تتحول البلاستيدات الخضراء إلى بلاستيدات خضراء (على سبيل المثال، عندما تزهر درنات البطاطس)، ويمكن أن تتحول البلاستيدات الخضراء إلى بلاستيدات خضراء (على سبيل المثال، عندما تنضج الثمار).
العضيات التي ليس لها بنية غشائية: الريبوسومات، الخيوط الدقيقة، الأنابيب الدقيقة، مركز الخلية.
الريبوسومات هي عضيات صغيرة، كروية الشكل، تتكون من بروتينات وrRNA. يتم تمثيل الريبوسومات بوحدتين فرعيتين: كبيرة وصغيرة. يمكن أن تكون حرة في السيتوبلازم أو متصلة بالشبكة الإندوبلازمية. يحدث تخليق البروتين على الريبوسومات.
الأنابيب الدقيقة والألياف الدقيقة هي هياكل تشبه الخيوط وتتكون من بروتينات مقلصة ومسؤولة عن الوظائف الحركية للخلية. تبدو الأنابيب الدقيقة وكأنها أسطوانات مجوفة طويلة، تتكون جدرانها من بروتينات - توبولينات. الخيوط الدقيقة هي هياكل أرق وطويلة تشبه الخيوط وتتكون من الأكتين والميوسين. تخترق الأنابيب الدقيقة والألياف الدقيقة السيتوبلازم الكامل للخلية، وتشكل الهيكل الخلوي، وتسبب التدوير (التدفق السيتوبلازمي)، وحركات العضيات داخل الخلايا، وتشكيل المغزل، وما إلى ذلك. الأنابيب الدقيقة المنظمة بطريقة معينة تشكل مراكز مركز الخلية، والأجسام القاعدية، والأهداب، والسوط.
يقع مركز الخلية (الجسيم المركزي) عادة بالقرب من النواة ويتكون من مركزين متعامدين مع بعضهما البعض. يشبه كل مركز مركزي أسطوانة مجوفة، يتكون جدارها من 9 ثلاثة توائم من الأنابيب الدقيقة. تلعب المريكزات دورًا مهمًا في انقسام الخلايا من خلال تشكيل المغزل.
الأسواط والأهداب عبارة عن عضيات متحركة وهي عبارة عن نواتج غريبة لسيتوبلازم الخلية. الهيكل العظمي للسوط أو الهدب له شكل أسطوانة، يوجد حول محيطها 9 أنابيب دقيقة مقترنة، وفي الوسط - 2 منها مفردة.
3.2.3. جوهر
تحتوي معظم الخلايا على نواة واحدة، ولكن توجد أيضًا خلايا متعددة النوى (في عدد من الأوليات، في العضلات الهيكلية للفقاريات). تفقد بعض الخلايا عالية التخصص نواتها (كريات الدم الحمراء في الثدييات وخلايا الأنبوب الغربالي في كاسيات البذور).
عادة ما يكون للنواة شكل كروي أو بيضاوي. تتكون النواة من غلاف نووي وكاريوبلازم يحتوي على الكروماتين (الكروموسومات) والنواة.
يتكون الغلاف النووي من غشائين (خارجي وداخلي). تسمى الثقوب الموجودة في الغلاف النووي بالمسام النووية. من خلالها يتم تبادل المواد بين النواة والسيتوبلازم.
Karyoplasm هو المحتويات الداخلية للنواة.
الكروماتين هو جزيء DNA غير ملفوف مرتبط بالبروتينات. في هذا الشكل، يوجد الحمض النووي في الخلايا غير المنقسمة. في هذه الحالة، من الممكن مضاعفة الحمض النووي (التكرار) وتنفيذ المعلومات الموجودة في الحمض النووي. الكروموسوم هو جزيء DNA حلزوني مرتبط بالبروتينات. يتم لف الحمض النووي قبل انقسام الخلايا لتوزيع المادة الوراثية بشكل أكثر دقة أثناء الانقسام. في مرحلة الطور الاستوائي، يتكون كل كروموسوم من اثنين من الكروماتيدات، والتي تكون نتيجة تضاعف الحمض النووي. ترتبط الكروماتيدات ببعضها البعض في منطقة الانقباض الأولي، أو السنترومير. يقسم السنترومير الكروموسوم إلى ذراعين. تحتوي بعض الكروموسومات على انقباضات ثانوية.
النواة عبارة عن بنية كروية وظيفتها تخليق الرنا الريباسي (rRNA).
وظائف النواة: 1. تخزين المعلومات الوراثية ونقلها إلى الخلايا الوليدة أثناء الانقسام. 2. التحكم في نشاط الخلية.
الفصل 4. الأيض وتحويل الطاقة
4.1. أنواع التغذية للكائنات الحية
جميع الكائنات الحية التي تعيش على الأرض هي أنظمة مفتوحة تعتمد على إمدادها بالمادة والطاقة من الخارج. تسمى عملية استهلاك المادة والطاقة بالتغذية. المواد الكيميائية ضرورية لبناء الجسم، والطاقة ضرورية للقيام بالعمليات الحياتية.
بناءً على نوع التغذية، تنقسم الكائنات الحية إلى ذاتية التغذية وغيرية التغذية.
الكائنات ذاتية التغذية هي كائنات حية تستخدم ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون (النباتات وبعض البكتيريا). بمعنى آخر، هذه كائنات قادرة على خلق مواد عضوية من مواد غير عضوية - ثاني أكسيد الكربون والماء والأملاح المعدنية.
اعتمادًا على مصدر الطاقة، تنقسم الكائنات ذاتية التغذية إلى كائنات ضوئية وكيميائية التغذية. الكائنات الضوئية هي كائنات حية تستخدم الطاقة الضوئية في عملية التخليق الحيوي (النباتات والبكتيريا الزرقاء). الكائنات الحية التغذية الكيميائية هي كائنات حية تستخدم طاقة التفاعلات الكيميائية لأكسدة المركبات غير العضوية في عملية التخليق الحيوي (البكتيريا الكيميائية التغذية: الهيدروجين، النترجة، بكتيريا الحديد، بكتيريا الكبريت، إلخ).
الكائنات غيرية التغذية هي كائنات حية تستخدم المركبات العضوية (الحيوانات والفطريات ومعظم البكتيريا) كمصدر للكربون.
وفقًا لطريقة الحصول على الغذاء ، تنقسم الكائنات غيرية التغذية إلى كائنات مغذية (هولوزوان) وأوسموتروف. تبتلع الكائنات الحية (holozoans) قطعًا صلبة من الطعام (الحيوانات) ، وتمتص الكائنات العضوية من المحاليل مباشرة من خلال جدران الخلايا (الفطريات ومعظم البكتيريا).
Mixotrops هي كائنات حية قادرة على تصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية والتغذية على المركبات العضوية الجاهزة (النباتات الحشرية، وممثلي قسم الطحالب يوجلينا، وما إلى ذلك).
يوضح الجدول 1 نوع التغذية للمجموعات النظامية الكبيرة من الكائنات الحية.
الجدول 1
أنواع التغذية لمجموعات نظامية كبيرة من الكائنات الحية
4.2. مفهوم الأيض
التمثيل الغذائي هو مجمل جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الكائن الحي. تكمن أهمية عملية التمثيل الغذائي في تكوين المواد الضرورية للجسم وتزويده بالطاقة. هناك عنصران من عملية التمثيل الغذائي - الهدم والابتنائية.
الهدم (أو استقلاب الطاقة، أو التفتيت) عبارة عن مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى تكوين مواد بسيطة من مواد أكثر تعقيدًا (التحلل المائي للبوليمرات إلى مونومرات وتحلل الأخيرة إلى مركبات منخفضة الوزن الجزيئي من ثاني أكسيد الكربون والماء والأمونيا وغيرها من المواد). تحدث التفاعلات التقويضية عادةً مع إطلاق الطاقة.
الابتناء (أو التمثيل الغذائي البلاستيكي، أو الاستيعاب) هو المفهوم المعاكس للتقويض - مجموعة من التفاعلات الكيميائية لتخليق المواد المعقدة من مواد أبسط (تكوين الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون والماء أثناء عملية التمثيل الضوئي، وتفاعلات تركيب المصفوفة). تتطلب التفاعلات البنائية إنفاق الطاقة.
ترتبط عمليات استقلاب البلاستيك والطاقة ارتباطًا وثيقًا. تتطلب جميع العمليات الاصطناعية (الابتنائية) توفير الطاقة من خلال تفاعلات التفكيك. تحدث تفاعلات الانهيار نفسها (التقويض) فقط بمشاركة الإنزيمات التي يتم تصنيعها أثناء عملية الاستيعاب.
4.3. ATP ودوره في عملية التمثيل الغذائي
الطاقة المنطلقة أثناء تحلل المواد العضوية لا تستخدمها الخلية على الفور، ولكن يتم تخزينها على شكل مركبات عالية الطاقة، عادة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).
ATP (حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك) هو أحادي نيوكليوتيد يتكون من الأدينين والريبوز وثلاثة بقايا حمض الفوسفوريك مترابطة بواسطة روابط عالية الطاقة. تقوم هذه الروابط بتخزين الطاقة، والتي يتم إطلاقها عند كسرها:
ATP + H2O --> ADP + H3PO4 + Q1
ADP + H2O --> AMP + H3PO4 + Q2
AMP + H2O --> الأدينين + الريبوز + H3PO4 + Q3،
حيث ATP هو حمض أدينوسين ثلاثي الفوسفوريك. ADP - حمض الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك. AMP - حمض الأدينوزين أحادي الفوسفوريك. Q1 = Q2 = 30.6 كيلوجول؛ Q3 = 13.8 كيلوجول.
إن إمداد ATP في الخلية محدود ويتم تجديده من خلال عملية الفسفرة. الفسفرة هي إضافة بقايا حمض الفوسفوريك إلى ADP (ADP + P ATP). يستخدم الجسم الطاقة المتراكمة في جزيئات ATP في التفاعلات البنائية (تفاعلات التخليق الحيوي). يعد جزيء ATP مخزنًا عالميًا وحاملًا للطاقة لجميع الكائنات الحية.
4.4. تبادل الطاقة
يتم الحصول على الطاقة اللازمة للحياة من قبل معظم الكائنات الحية نتيجة لعمليات أكسدة المواد العضوية، أي نتيجة تفاعلات تقويضية. أهم مركب يعمل كوقود هو الجلوكوز.
بالنسبة للأكسجين الحر، تنقسم الكائنات الحية إلى ثلاث مجموعات.
الكائنات الهوائية (الهوائية الإجبارية) هي كائنات حية لا يمكنها العيش إلا في بيئة أكسجينية (الحيوانات والنباتات وبعض البكتيريا والفطريات).
اللاهوائية (اللاهوائية الإجبارية) هي كائنات حية غير قادرة على العيش في بيئة أكسجين (بعض البكتيريا).
الأشكال الاختيارية (اللاهوائية الاختيارية) هي كائنات حية يمكنها العيش في وجود الأكسجين وبدونه (بعض البكتيريا والفطريات).
في الكائنات الهوائية الإجبارية واللاهوائية الاختيارية، وفي وجود الأكسجين، يحدث الهدم على ثلاث مراحل: التحضيرية، والخالية من الأكسجين، والأكسجين. ونتيجة لذلك، تتحلل المواد العضوية إلى مركبات غير عضوية. في اللاهوائيات الإجبارية واللاهوائية الاختيارية، عندما يكون هناك نقص في الأكسجين، يحدث التقويض في المرحلتين الأوليين: التحضيرية وخالية من الأكسجين. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل المركبات العضوية المتوسطة التي لا تزال غنية بالطاقة.
مراحل الهدم:
1. المرحلة الأولى - التحضيرية - تتكون من التحلل الأنزيمي للمركبات العضوية المعقدة إلى مركبات أبسط. يتم تقسيم البروتينات إلى أحماض أمينية، والدهون إلى جلسرين وأحماض دهنية، والسكريات إلى سكريات أحادية، والأحماض النووية إلى نيوكليوتيدات. يحدث هذا في الكائنات متعددة الخلايا في الجهاز الهضمي، وفي الكائنات وحيدة الخلية، في الجسيمات الحالة تحت تأثير الإنزيمات المحللة. وتتبدد الطاقة المنطلقة في هذه العملية على شكل حرارة. تخضع المركبات العضوية الناتجة لمزيد من الأكسدة أو تستخدمها الخلية لتصنيع مركباتها العضوية الخاصة.
2. المرحلة الثانية - الأكسدة غير الكاملة (خالية من الأكسجين) - تتكون من تكسير إضافي للمواد العضوية، يتم إجراؤه في سيتوبلازم الخلية دون مشاركة الأكسجين.
تسمى الأكسدة غير الكاملة للجلوكوز الخالية من الأكسجين بتحلل السكر. نتيجة لتحلل السكر في جزيء جلوكوز واحد، يتم تشكيل جزيئين من حمض البيروفيك (PVA، البيروفات) CH3COCOOH، ATP والماء، بالإضافة إلى ذرات الهيدروجين، المرتبطة بالجزيء الحامل NAD + ويتم تخزينها على شكل NADTH.
الصيغة الإجمالية لتحلل السكر هي كما يلي:
C6H12O6 + 2 H3PO4 + 2 ADP + 2 NAD+ --> 2 C3H4O3 + 2 H2O + 2 ATP + 2 NADH.
في غياب الأكسجين في البيئة، تتم معالجة منتجات تحلل السكر (PVC و NADTH) إما إلى كحول إيثيلي - التخمر الكحولي (في الخميرة والخلايا النباتية التي تعاني من نقص الأكسجين)
CH3COCOOH --> CO2 + CH3SON
CH3SON + 2 NADH --> C2H5OH + 2 NAD+،
أو إلى حمض اللاكتيك - تخمر حمض اللاكتيك (في الخلايا الحيوانية التي تعاني من نقص الأكسجين)
CH3COCOOH + 2 NADH C3H6O3 + 2 NAD+.
في وجود الأكسجين في البيئة، تخضع منتجات تحلل السكر لمزيد من التحلل إلى المنتجات النهائية.
3. المرحلة الثالثة - الأكسدة الكاملة (التنفس) - تتكون من أكسدة PVC إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، والتي تتم في الميتوكوندريا، مع المشاركة الإجبارية للأكسجين.
وهو يتألف من ثلاث مراحل:
أ) تشكيل أنزيم الأسيتيل A؛
ب) أكسدة أنزيم الأسيتيل A في دورة كريبس؛
ب) الفسفرة التأكسدية في سلسلة نقل الإلكترون.
أ. في المرحلة الأولى، يتم نقل PVC من السيتوبلازم إلى الميتوكوندريا، حيث يتفاعل مع إنزيمات المصفوفة ويشكل: 1) ثاني أكسيد الكربون، الذي يتم إزالته من الخلية؛ 2) ذرات الهيدروجين، التي يتم تسليمها بواسطة الجزيئات الحاملة إلى الغشاء الداخلي للميتوكوندريا؛ 3) أسيتيل أنزيم A (أسيتيل CoA).
ب. في المرحلة الثانية، يتم أكسدة أسيتيل أنزيم أ في دورة كريبس. دورة كريبس (دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل، دورة حمض الستريك) هي سلسلة من التفاعلات المتسلسلة التي ينتج خلالها جزيء واحد من الأسيتيل CoA: 1) جزيئين من ثاني أكسيد الكربون، 2) جزيء ATP و 3) نقل أربعة أزواج من ذرات الهيدروجين إلى الجزيئات الناقلة - NAD و FAD.
وهكذا، نتيجة لتحلل السكر ودورة كريبس، ينقسم جزيء الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون، ويتم إنفاق الطاقة المنطلقة خلال هذه العملية على تخليق 4ATP وتتراكم في 10NADTH و4FADTH2.
ب. في المرحلة الثالثة تتم أكسدة ذرات الهيدروجين مع NADTH و FADTH2 بواسطة الأكسجين الجزيئي O2 لتكوين الماء. واحد NADTH قادر على تكوين 3 ATP، وواحد FADTH2 قادر على تكوين 2 ATP. وبالتالي، يتم تخزين الطاقة المنطلقة في هذه الحالة على شكل 34 ATP آخر. يسمى تكوين ATP في الميتوكوندريا بمشاركة الأكسجين بالفسفرة التأكسدية.
وبالتالي، فإن المعادلة الشاملة لتحلل الجلوكوز في عملية التنفس الخلوي لها الشكل التالي:
C6H12O6 + 6 O2 + 38 H3PO4 + 38 ADP --> 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP.
وهكذا، أثناء تحلل السكر، يتم تشكيل جزيئين ATP، أثناء التنفس الخلوي - 36 ATP آخر، بشكل عام، مع الأكسدة الكاملة للجلوكوز - 38 ATP.
4.5. تبادل البلاستيك
4.5.1. البناء الضوئي
التمثيل الضوئي هو تخليق المركبات العضوية من المركبات غير العضوية باستخدام الطاقة الضوئية. المعادلة العامة لعملية البناء الضوئي هي:
6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2.
يحدث التمثيل الضوئي بمشاركة أصباغ التمثيل الضوئي، التي لها خاصية فريدة تتمثل في تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة رابطة كيميائية في شكل ATP. الصباغ الأكثر أهمية هو الكلوروفيل.
تتكون عملية التمثيل الضوئي من مرحلتين: الضوء والظلام.
1. تحدث المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي فقط في الضوء الموجود في غشاء جرانا ثايلاكويد. وتشمل هذه: امتصاص الكمات الضوئية بواسطة الكلوروفيل، والتحلل الضوئي للماء وتكوين جزيء ATP.
تحت تأثير الكم الخفيف (hv)، يفقد الكلوروفيل إلكترونات، ويمر إلى حالة مثارة:
الجهد العالي
شل --> شل* + ه-.
يتم نقل هذه الإلكترونات بواسطة ناقلات إلى السطح الخارجي لغشاء الثايلاكويد، أي في مواجهة المصفوفة، حيث تتراكم.
وفي نفس الوقت يحدث التحلل الضوئي للماء داخل الثايلاكويدات أي تحلله تحت تأثير الضوء
الجهد العالي
2 H2O --> O2 +4 H+ + 4 ه-.
يتم نقل الإلكترونات الناتجة عن طريق الناقلات إلى جزيئات الكلوروفيل وتقليلها. تعود جزيئات الكلوروفيل إلى حالتها المستقرة.
تتراكم بروتونات الهيدروجين المتكونة أثناء التحلل الضوئي للماء داخل الثايلاكويد، مما يؤدي إلى تكوين خزان H+. ونتيجة لذلك، يتم شحن السطح الداخلي لغشاء الثايلاكويد بشكل إيجابي (بسبب H+)، ويتم شحن السطح الخارجي بشكل سلبي (بسبب e-). ومع تراكم الجسيمات المشحونة بشكل معاكس على جانبي الغشاء، يزداد فرق الجهد. عندما يصل فرق الجهد إلى قيمة حرجة، تبدأ قوة المجال الكهربائي في دفع البروتونات عبر قناة إنزيم ATP. تُستخدم الطاقة المنطلقة في هذه العملية في فسفرة جزيئات ADP. يسمى تكوين ATP أثناء عملية التمثيل الضوئي تحت تأثير الطاقة الضوئية بالفسفرة الضوئية.
عندما تكون أيونات الهيدروجين على السطح الخارجي لغشاء الثايلاكويد، تلتقي بالإلكترونات هناك وتشكل الهيدروجين الذري، الذي يرتبط بجزيء حامل الهيدروجين NADP (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد):
2 H+ + 4e- + NADP+ --> NADPH2.
وهكذا، خلال المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي، تحدث ثلاث عمليات: تكوين الأكسجين بسبب تحلل الماء، وتركيب ATP وتكوين ذرات الهيدروجين على شكل NADPH2. ينتشر الأكسجين في الغلاف الجوي، ويشارك ATP وNADPH2 في عمليات المرحلة المظلمة.2. تحدث المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي في مصفوفة البلاستيدات الخضراء في الضوء وفي الظلام وتمثل سلسلة من التحولات المتسلسلة لثاني أكسيد الكربون القادم من الهواء في دورة كالفين. يتم تنفيذ تفاعلات المرحلة المظلمة باستخدام طاقة ATP. في دورة كالفين، يتحد ثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين من NADPH2 لتكوين الجلوكوز.
في عملية التمثيل الضوئي، بالإضافة إلى السكريات الأحادية (الجلوكوز، وما إلى ذلك)، يتم تصنيع مونومرات المركبات العضوية الأخرى - الأحماض الأمينية والجلسرين والأحماض الدهنية.
4.5.2. التركيب الكيميائي
التخليق الكيميائي (التغذية الكيميائية) هو عملية تخليق المركبات العضوية من المركبات غير العضوية (ثاني أكسيد الكربون، وما إلى ذلك) بسبب الطاقة الكيميائية لأكسدة المواد غير العضوية (الكبريت، كبريتيد الهيدروجين، الحديد، الأمونيا، النتريت، إلخ).
فقط البكتيريا الكيميائية التخليقية هي القادرة على التخليق الكيميائي: النترجة، الهيدروجين، بكتيريا الحديد، بكتيريا الكبريت، إلخ. فهي تعمل على أكسدة مركبات النيتروجين والحديد والكبريت وعناصر أخرى. جميع المواد الكيميائية التخليقية هي كائنات هوائية إجبارية، لأنها تستخدم الأكسجين الجوي.
يتم تخزين الطاقة المنطلقة أثناء تفاعلات الأكسدة بواسطة البكتيريا على شكل جزيئات ATP وتستخدم في تخليق المركبات العضوية، والتي تتم بشكل مشابه لتفاعلات المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي.
4.5.3. التخليق الحيوي للبروتين
يتم تخزين المعلومات الوراثية في جميع الكائنات الحية تقريبًا على شكل تسلسل محدد من نيوكليوتيدات الحمض النووي (أو الحمض النووي الريبي في فيروسات الحمض النووي الريبي). تحتوي بدائيات النوى والعديد من الفيروسات على معلومات وراثية على شكل جزيء DNA واحد. جميع أقسامها تشفر الجزيئات الكبيرة. في الخلايا حقيقية النواة، يتم توزيع المادة الوراثية في العديد من جزيئات الحمض النووي المنظمة في الكروموسومات.
الجين هو جزء من جزيء DNA (أقل شيوعًا RNA) الذي يشفر تخليق جزيء كبير واحد: mRNA (عديد الببتيد)، rRNA أو tRNA. تسمى منطقة الكروموسوم التي يوجد بها الجين بالموضع. مجموعة جينات نواة الخلية هي النمط الجيني، ومجموعة جينات مجموعة الكروموسومات الفردية هي الجينوم، ومجموعة جينات الحمض النووي خارج النواة (الميتوكوندريا، البلاستيدات، السيتوبلازم) هي البلازمون.
يسمى تنفيذ المعلومات المسجلة في الجينات من خلال تخليق البروتين بالتعبير الجيني (المظاهر). يتم تخزين المعلومات الوراثية كتسلسل محدد من نيوكليوتيدات الحمض النووي ويتم تنفيذها كتسلسل من الأحماض الأمينية في البروتين. يعمل الحمض النووي الريبي (RNA) كوسطاء وناقلين للمعلومات. أي أن تنفيذ المعلومات الجينية يتم على النحو التالي:
الحمض النووي -> الحمض النووي الريبي -> البروتين
تتم هذه العملية على مرحلتين:
1) النسخ.
2) البث.
النسخ هو تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام الحمض النووي كقالب. والنتيجة هي مرنا. تتطلب عملية النسخ الكثير من الطاقة على شكل ATP ويتم تنفيذها بواسطة إنزيم بوليميراز RNA.
في الوقت نفسه، لا يتم نسخ جزيء الحمض النووي بأكمله، ولكن شرائحه الفردية فقط. يبدأ هذا الجزء (النسخ) بمحفز - جزء من الحمض النووي حيث يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) وحيث يبدأ النسخ، وينتهي بفاصل - جزء من الحمض النووي يحتوي على إشارة لإنهاء النسخ. Transcripton هو جين من وجهة نظر البيولوجيا الجزيئية.
النسخ، مثل النسخ المتماثل، يعتمد على قدرة القواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات على الارتباط بشكل متكامل. أثناء النسخ، يتم كسر الشريط المزدوج من الحمض النووي ويتم تنفيذ تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) على طول شريط واحد من الحمض النووي.
أثناء عملية الترجمة، يتم نسخ تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي على جزيء mRNA المركب، والذي يعمل كقالب في عملية التخليق الحيوي للبروتين.
الترجمة هي تخليق سلسلة بولي ببتيد باستخدام mRNA كقالب.
تشارك جميع أنواع الحمض النووي الريبوزي (RNA) الثلاثة في الترجمة: mRNA هو مصفوفة المعلومات؛ تقوم الـ tRNAs بتوصيل الأحماض الأمينية والتعرف على الكودونات؛ يشكل الرنا الريباسي (rRNA) مع البروتينات الريبوسومات، التي تحمل mRNA وtRNA والبروتين وتقوم بتركيب سلسلة البولي ببتيد.
تتم ترجمة mRNA ليس بواسطة واحد، ولكن في وقت واحد بواسطة عدة ريبوسومات (حتى 80). تسمى هذه المجموعات من الريبوسومات بالبوليزومات. يتطلب إدراج حمض أميني واحد في سلسلة بولي ببتيد طاقة قدرها 4 ATP.
كود الحمض النووي. تتم "كتابة" المعلومات حول بنية البروتينات في الحمض النووي على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات. أثناء عملية النسخ، يتم نسخه على جزيء mRNA المركب، والذي يعمل كقالب في عملية التخليق الحيوي للبروتين. يتوافق مزيج معين من نيوكليوتيدات الحمض النووي، وبالتالي mRNA، مع حمض أميني معين في سلسلة البولي ببتيد للبروتين. تسمى هذه المراسلات بالشفرة الجينية. يتم تحديد الحمض الأميني الواحد بواسطة 3 نيوكليوتيدات مدمجة في ثلاثي (كودون). بما أن هناك 4 أنواع من النيوكليوتيدات، تجمع 3 في ثلاثية، فإنها تعطي 43 = 64 ثلاثية مختلفة (بينما يتم تشفير 20 حمضًا أمينيًا فقط). من بينها 3 "أكواد توقف" توقف الترجمة، أما الـ 61 المتبقية فهي عبارة عن رموز برمجية. يتم تشفير الأحماض الأمينية المختلفة بأعداد مختلفة من الثلاثية: من 1 إلى 6.
خصائص الشفرة الوراثية:
1. الكود ثلاثي. يتم تشفير أحد الأحماض الأمينية بواسطة ثلاث نيوكليوتيدات (ثلاثية) في جزيء الحمض النووي.
2. الكود عالمي. تستخدم جميع الكائنات الحية، من الفيروسات إلى البشر، شفرة وراثية واحدة.
3. الكود لا لبس فيه (محدد). الكودون يتوافق مع حمض أميني واحد.
4. الكود زائد عن الحاجة. يتم تشفير الحمض الأميني الواحد بأكثر من ثلاثية.
5. لا يتداخل الرمز. لا يمكن أن يكون نيوكليوتيد واحد جزءًا من عدة كودونات في سلسلة الحمض النووي.
مراحل تخليق البروتين:
1. تتحد الوحدة الفرعية الصغيرة من الريبوسوم مع البادئ met-tRNA، ثم مع mRNA، وبعد ذلك يتكون الريبوسوم بأكمله، ويتكون من وحدة فرعية صغيرة وكبيرة.
2. يتحرك الريبوسوم على طول mRNA، والذي يصاحبه تكرارات متعددة لدورة إضافة الحمض الأميني التالي إلى سلسلة البوليببتيد المتنامية.
3. يصل الريبوسوم إلى أحد أكواد التوقف الثلاثة للـ mRNA، ويتم تحرير سلسلة البولي ببتيد وفصلها عن الريبوسوم. تنفصل الجسيمات الفرعية الريبوسومية، ويتم فصلها عن الرنا المرسال ويمكن أن تشارك في تركيب سلسلة البولي ببتيد التالية.
تفاعلات توليف المصفوفة. تتضمن تفاعلات تخليق القالب ما يلي: تضاعف الحمض النووي ذاتيًا، وتكوين mRNA، وtRNA، وrRNA على جزيء DNA، والتخليق الحيوي للبروتين على mRNA. القاسم المشترك بين كل هذه التفاعلات هو أن جزيء الحمض النووي في حالة واحدة أو جزيء mRNA في حالة أخرى يعمل كمصفوفة تتشكل عليها جزيئات متماثلة. تفاعلات تركيب المصفوفة هي الأساس لقدرة الكائنات الحية على إعادة إنتاج نوعها.
http://sfedu.ru/lib1/chem/020101/m2_a_020101.htm
الخيار الأول
طريقة علم الأحياء والتي تتمثل في جمع الحقائق العلمية ودراستها تسمى:
أ) النمذجة ب) الوصفية
ب) التاريخية د) التجريبية
أ) أرسطو ب) ثيوفاسطوس
ب) أبقراط د) جالينوس
العلم الذي يدرس أنماط الوراثة والتنوع يسمى :
أ) البيئة ب) علم الوراثة
4. تسمى خاصية الكائنات الحية للاستجابة بشكل انتقائي للتأثيرات الخارجية والداخلية بما يلي:
أ) التكاثر الذاتي ب) التمثيل الغذائي والطاقة
ب) الانفتاح د) التهيج
5. تمت صياغة فكرة تطور الطبيعة الحية لأول مرة بواسطة:
أ) ب) ج. داروين
ب) د) ج. لينيوس
6. لا ينطبق على المستوى الخلوي للحياة:
أ) الإشريكية القولونية ب) الفطريات البوليوزية
ب) البكتيريا د) البكتيريا العقيدية
7. تحدث عمليات تحلل البروتين تحت تأثير عصير المعدة على مستوى تنظيم الحياة:
أ) الخلوية ب) الجزيئية
ب) العضوية د) السكان
8. يحدث تداول المواد وتدفقات الطاقة على مستوى تنظيم الطبيعة الحية:
أ) النظام البيئي ب) الأنواع السكانية
ب) البيسفيرن د) الجزيئي
9. المستوى الخلوي للحياة يشمل:
أ) عصيات السل ب) عديد الببتيد
10. تعتبر الأنظمة الحية مفتوحة لأنها:
أ) مبنية من نفس العناصر الكيميائية التي تتكون منها الأنظمة غير الحية
ب) تبادل المادة والطاقة والمعلومات مع البيئة الخارجية
ب) أن يكون لديه القدرة على التكيف
د) قادرة على التكاثر
اختبار للدرس العام حول موضوع "المقدمة" للصف العاشر.
الخيار الثاني
دراسات الأحياء العامة:
أ) الأنماط العامة لتطور الأنظمة الحية
ب) السمات العامة لبنية النباتات والحيوانات
ج) وحدة الطبيعة الحية وغير الحية
د) أصل الأنواع
2. يدرس العلم أنماط انتقال الخصائص الوراثية:
أ) علم الأجنة ب) نظرية التطور
ب) علم الآثار د) علم الوراثة
3. مستوى تنظيم الحياة الذي تتجلى فيه خصائص مثل القدرة على التمثيل الغذائي والطاقة والمعلومات -
ب) عضوي د) خلوي
4. أعلى مستوى لتنظيم الحياة هو:
أ) الخلوية ب) الأنواع السكانية
ب) المحيط الحيوي د) عضوي
5. في المراحل الأولى من تطور علم الأحياء، كانت الطريقة الرئيسية للبحث العلمي هي:
أ) التجريبية ب) الفحص المجهري
ب) التاريخية المقارنة د) ملاحظات وأوصاف الأشياء
6. تم إثبات حقيقة طرح الريش الموسمي عند الحيوانات:
أ) تجريبيا ب) تاريخي مقارن
ب) طريقة الملاحظة د) طريقة النمذجة
7. تبدأ العلاقات بين الأنواع في الظهور على مستوى:
أ) التكاثر الحيوي ب) الكائنات الحية
ب) السكان والأنواع د) المحيط الحيوي
أ) لويس باستور ب) ج. داروين
ب) ج. لينيوس د)
9. مؤسسو نظرية الخلية:
أ) ج. مندل ب) ت. شوان
ب) د) م. شلايدر
10. اختر العبارة الصحيحة:
أ) الأنظمة الحية فقط هي التي تُبنى من جزيئات معقدة
ب) جميع الأنظمة الحية تتمتع بدرجة عالية من التنظيم
ج) تختلف الأنظمة الحية عن غير الحية في تركيب العناصر الكيميائية
د) في الطبيعة غير الحية لا يوجد تعقيد كبير في تنظيم النظام
الخيار الأول:
الخيار الثاني:
الكائن الحي هو نظام بيولوجي متكامل يتكون من خلايا وأنسجة وأعضاء وأنظمة أعضاء مترابطة. يتوافق هيكل كل مكون مع الوظائف التي يؤديها. الكائن الحي هو نظام معقد يتكون من أعضاء وأنسجة مترابطة. كما أن الكائن الحي هو نظام مفتوح. تتميز الأنظمة المفتوحة بتبادل شيء ما مع بيئته الخارجية. يمكن أن يكون هذا تبادل المادة والطاقة والمعلومات. والكائنات الحية تتبادل كل هذا مع العالم الخارجي.
تمتص الكائنات الحية الطاقة بشكل واحد (النباتات - على شكل إشعاع شمسي، والحيوانات - في الروابط الكيميائية للمركبات العضوية)، وتنطلق في البيئة بشكل آخر (حرارية). وبما أن الجسم يتلقى الطاقة من الخارج ويطلقها، فهو نظام مفتوح.
في الكائنات غير المتجانسة، يتم امتصاص الطاقة مع المواد (التي تحتوي عليها) نتيجة للتغذية. علاوة على ذلك، في عملية التمثيل الغذائي (الأيض داخل الجسم)، يتم تكسير بعض المواد ويتم تصنيع مواد أخرى. أثناء التفاعلات الكيميائية، يتم إطلاق الطاقة (تستخدم في عمليات الحياة المختلفة) ويتم امتصاص الطاقة (تستخدم في تصنيع المواد العضوية الضرورية). يتم إطلاق المواد غير الضرورية للجسم والطاقة الحرارية الناتجة (والتي لم يعد من الممكن استخدامها) في البيئة.
تمتص الكائنات ذاتية التغذية (النباتات بشكل رئيسي) أشعة الضوء في نطاق معين كطاقة، وتمتص الماء وثاني أكسيد الكربون والأملاح المعدنية المختلفة والأكسجين كمواد أولية. باستخدام الطاقة وهذه المعادن، تقوم النباتات، نتيجة لعملية التمثيل الضوئي، بالتوليف الأولي للمواد العضوية. في هذه الحالة، يتم تخزين الطاقة الإشعاعية في الروابط الكيميائية. النباتات ليس لديها نظام إفراز. ومع ذلك، فإنها تطلق مواد على سطحها (غازات)، وتتساقط أوراقها (تتم إزالة المواد العضوية والمعدنية الضارة)، وما إلى ذلك. وبالتالي، فإن النباتات ككائنات حية هي أيضًا أنظمة مفتوحة. يطلقون ويمتصون المواد.
تعيش الكائنات الحية في بيئتها المميزة. وفي الوقت نفسه، من أجل البقاء، يجب عليهم التكيف مع البيئة، والاستجابة لتغيراتها، والبحث عن الطعام وتجنب التهديدات. ونتيجة لذلك، في عملية التطور، طورت الحيوانات مستقبلات خاصة وأعضاء حسية وجهازًا عصبيًا يسمح لها بتلقي المعلومات من البيئة الخارجية ومعالجتها والتفاعل، أي التأثير على البيئة. وهكذا يمكننا القول أن الكائنات الحية تتبادل المعلومات من بيئتها الخارجية. أي أن الجسم عبارة عن نظام معلومات مفتوح.
تتفاعل النباتات أيضًا مع التأثيرات البيئية (على سبيل المثال، تغلق ثغورها في الشمس، وتوجه أوراقها نحو الضوء، وما إلى ذلك). في النباتات والحيوانات البدائية والفطريات، يتم التنظيم فقط بالوسائل الكيميائية (الخلطية). تتمتع الحيوانات ذات الجهاز العصبي بطريقتين للتنظيم الذاتي (العصبي وبمساعدة الهرمونات).
الكائنات وحيدة الخلية هي أيضًا أنظمة مفتوحة. إنهم يتغذىون ويفرزون المواد ويتفاعلون مع التأثيرات الخارجية. ومع ذلك، في نظام الجسم، يتم تنفيذ وظائف الأعضاء بشكل أساسي عن طريق العضيات الخلوية.
"إجراء درس مفتوح" - مناقشة عامة. ضروري لاستكمال تحليل المعلم. إجابات المعلم على الأسئلة حول مشروع الدرس. تحليل الدرس من قبل المعلم . عرض مشروع الدرس من قبل المعلم. لماذا هذا العمل التحضيري ضروري؟ إجراء درس مفتوح. الملخص النهائي للمعلم. إجابات المعلم على أسئلة الحاضرين.
"درس القراءة المفتوح" - في عام 1037، تم إنشاء مكتبة في روس القديمة على يد ياروسلاف الحكيم. الآن - المركز 65. حاليًا، 40٪ فقط من المواطنين الروس البالغين من العمر 14 عامًا يقرؤون الأعمال الخيالية. قراءة سعيدة! حتى منتصف القرن العشرين، كانت بلادنا الدولة الأكثر قراءة في العالم. جيم كوربيت - أكلة لحوم البشر كومون إيفان إفريموف - على حافة أويكومين ميخائيل بولجاكوف - قلب كلب كونستانتين باوستوفسكي - جانب ميشيرا.
"درس اللغة الإنجليزية المفتوح" - يتفاخر Piglet بأنه يعرف كل شيء عن الحيوانات. توم 7 أستطيع الركض والقفز. فك الصور. موضوع الدرس: "في الغابة السحرية". ساعد بيتر في تقديم الفنانين.
"الدرس المفتوح" - الاختبار التنظيمي النهائي التأملي الرئيسي. انتبه إلى وتيرة الدرس ووقته. لتقديم شيء ما، لبدء شيء ما. تحديد المواد والمعدات التعليمية والتوضيحية والنشرات والمعدات اللازمة. النظر في أنشطة الطلاب في مراحل مختلفة من الدرس.
"الدرس المفتوح" - الغرض من الدرس المفتوح. تقييم فعالية الدرس المفتوح. "تسليط الضوء" في الدرس. الدرس المفتوح - ... التحضير للدرس المفتوح . معايير تقييم الدرس المفتوح. علامة جيدة مدح ابتسامة المعلم الفرح من حل مشكلة صعبة بشكل مستقل. "لحظة الفرح" في الدرس. لمن؟
"درس القراءة المفتوح للصف الثاني" - التحقق من الصحة - قم بإعداد فعل (وثيقة). اقرأها بشكل صحيح. مخروط الفواق الأخضر السن يتساقط السن يتساقط. معالج النطق. نوع مبهج عادل فضولي. تحقق من نفسك! البحث عن الأخطاء في الكلمات. فتح درس القراءة في الصف الثاني. فيكتور يوزيفوفيتش دراغونسكي (1913-1972). ما هي الشخصية التي تعكس بشكل أفضل الحالة المزاجية للقصة؟
دورة "النظرية التربوية للمعلم الحديث"
المنهج الدراسي
الجريدة رقم. |
المواد التعليمية |
المحاضرة رقم 1. التدريس كأداة عالمية للإبداع التربوي |
|
المحاضرة رقم 2. محتوى التربية البيولوجية في الظروف الحديثة وتكوينها |
|
المحاضرة رقم 3. طرق التدريس وخصائصها. |
|
المحاضرة رقم 4. التعلم القائم على حل المشكلات في دروس علم الأحياء |
|
محاضرة رقم 5. أنشطة المشروع. |
|
المحاضرة رقم 6. بنية الدروس وأنواعها |
|
المحاضرة رقم 7. التطور الفكري والأخلاقي في دروس علم الأحياء |
|
المحاضرة رقم 8. الجوانب المنهجية للعلوم في دروس علم الأحياء |
|
العمل النهائي هو تطوير الدرس. |
|
المحاضرة رقم 6. بنية الدروس وأنواعها
هيكل الدرس أنواع وأنواع الدروس؛ تخطيط الدرس
هذه المحاضرة مخصصة لما يبدو أن كل معلم يعرفه منذ الأيام الأولى لدخوله في العلوم التربوية. وحتى في وقت سابق، أثناء الدراسة في المدرسة، يمكن لكل واحد منا أن يقيم بشكل حدسي الدرس الذي يدرسه المعلم: مثير للاهتمام - غير مثير للاهتمام، جيد - سيء، ذو معنى - ليس ذا معنى، عاطفي - غير مبال، فعال - غير فعال. يمكن في الواقع ترجمة تقييمات الدروس التي يقدمها تلاميذ المدارس إلى فئات تعليمية. يشعر كل معلم بشكل حدسي بما يجب أن يكون عليه الدرس الجيد. ومع ذلك، لبناء درس جيد حقا، فإن الحدس ليس كافيا. لكي ينجح المعلم، يجب عليه استخدام الأفكار النظرية الحديثة والتقنيات التربوية.
ما هو الدرس؟ سأقدم أحد التصنيفات الأكثر شيوعًا لأنواع الدروس.
1. درس تعلم مواد جديدة.
2. درس في تكوين المعرفة والمهارات والقدرات.
3. درس في تعزيز وتطوير المعرفة والمهارات والقدرات.
4. مراجعة الدرس.
5. درس اختبار المعرفة.
6. درس في تطبيق المعرفة والمهارات والقدرات.
7. تكرار الدرس وتعميمه.
8. درس مشترك.
يقدم العديد من المعلمين المبتكرين تصنيفاتهم الخاصة للدروس. لذلك، ل. تصنف Malakhova الدروس على النحو التالي.
1. قصة نوع المراجعة حول الموضوع بأكمله.
2. درس أسئلة الطلاب والتوضيحات الإضافية.
3. الدرس – العمل العملي.
4. درس عام مع بطاقات المهام التي تركز على تحديد وإتقان العناصر الرئيسية للمادة التعليمية.
5. المسح النهائي للمادة النظرية.
6. حل المشاكل المتعلقة بالموضوع.
النظام الذي طوره N.P. Guzik، يتضمن الأنواع التالية من الدروس.
1. دروس التحليل النظري للمادة من قبل المعلم.
2. دروس التحليل المستقل للموضوع من قبل الطلاب (مقسمين إلى مجموعات) حسب الخطط والخوارزميات المحددة.
3. الدروس والندوات.
4. ورش العمل.
5. دروس في رصد وتقويم المعرفة.
هناك عدد غير قليل من التصنيفات لأنواع وأنواع الدروس، ويمكن لكل معلم أن يفضل واحدًا منها أو يأخذ شيئًا مختلفًا عن كل منها. من المهم فقط أن تفهم الأغراض التي تجري بها نوعًا معينًا من الدروس وكيفية تنظيم تعلم المواد التعليمية. ومن المهم أيضًا ربط ميزات المحتوى الذي يجب تعلمه في درس معين مع قدرات الطلاب ومع طرق وأشكال تنظيم الدرس.
أقترح عليك تحليل وتصنيف نسختين من الدرس حول موضوع "مقدمة في علم الأحياء العام" في الصف العاشر باستخدام الكتاب المدرسي من تأليف د.ك. بيلييفا ، أ.و. روفينسكي وآخرون.
خيار الدرس 1. نوع الدرس – درس تعلم مواد جديدة
خطة الدرس وهيكله
1. اللحظة التنظيمية.
2. التقديم الأولي للمادة.
3. التركيز على النقاط الرئيسية للموضوع.
4. خلق الدافع لحفظ المادة.
5. عرض تقنيات الحفظ.
6. الدمج الأولي للمادة من خلال التكرار.
وفق هذه الخطة سيقوم المعلم بتعريف مفهوم “علم الأحياء العام”، ثم سرد الخصائص الرئيسية للحياة، موضحا أصعب العناصر الاصطلاحية والمفاهيمية للموضوع، ثم ينتقل إلى مستويات تنظيم الحياة ويعطي فكرة وصف موجز لهم. وفي الختام سيتحدث عن طرق البحث في علم الأحياء وأهميته. في عملية تقديم المادة، سيعرض المعلم تقنيات الحفظ الأساسية، مع لفت الانتباه إلى ما يجب تذكره، وسيقوم بإجراء اختبار، على سبيل المثال، في شكل مهام اختبار.
المهمة (الخيار 1)
1. موضوع دراسة الأحياء العامة هو:
أ) هيكل ووظائف الجسم؛
ب) الظواهر الطبيعية.
ج) أنماط تطور وعمل النظم الحية؛
د) هيكل ووظائف النباتات والحيوانات.
2. اختر العبارة الصحيحة:
أ) الأنظمة الحية فقط هي التي تُبنى من جزيئات معقدة؛
ب) تتمتع جميع الأنظمة الحية بدرجة عالية من التنظيم؛
ج) تختلف الأنظمة الحية عن الأنظمة غير الحية في تركيب العناصر الكيميائية؛
د) في الطبيعة غير الحية لا يوجد تعقيد كبير في تنظيم النظام.
3. أدنى مستوى للأنظمة الحية الذي يظهر القدرة على استقلاب المواد والطاقة والمعلومات هو:
أ) المحيط الحيوي؛
ب) الجزيئية.
ج) عضوي.
د) الخلوية.
4. أعلى مستوى لتنظيم الحياة هو:
أ) المحيط الحيوي؛
ب) التكاثر الحيوي.
ج) خاصة بالسكان؛
د) العضوية.
5. كانت الطريقة العلمية الرئيسية في الفترة الأولى من تطور علم الأحياء هي:
أ) تجريبية؛
ب) الفحص المجهري.
ج) التاريخية المقارنة.
د) طريقة مراقبة ووصف الأشياء.
المهمة (الخيار 2)
اختر العبارات الصحيحة.
1. جميع الكائنات الحية:
أ) أن يكون لديك مستوى تنظيمي معقد بنفس القدر؛
ب) أن يكون لديك مستوى عال من التمثيل الغذائي.
ج) التفاعل على قدم المساواة مع البيئة؛
د) لديهم نفس الآلية لنقل المعلومات الوراثية.
2. تعتبر الأنظمة الحية مفتوحة لأنها:
أ) تتكون من نفس العناصر الكيميائية التي تتكون منها الأنظمة غير الحية؛
ب) تبادل المواد والطاقة والمعلومات مع البيئة الخارجية؛
ج) أن يكون لديه القدرة على التكيف؛
د) قادرة على التكاثر.
3. المستوى الذي تبدأ عنده العلاقات بين الأنواع في الظهور يسمى:
أ) التكاثر الحيوي.
ب) خاصة بالسكان؛
ج) عضوي.
د) المحيط الحيوي.
4. السمة الأكثر شيوعا لجميع النظم البيولوجية:
أ) تعقيد هيكل النظام؛
ب) أنماط العمل على كل مستوى من مستويات تطوير النظام؛
ج) العناصر التي يتكون منها النظام؛
د) الصفات التي يتمتع بها هذا النظام.
5. المستوى فوق العضوي الأول يشمل:
أ) مستعمرة من الخلايا.
ب) التكاثر الحيوي للغابات.
ج) عدد الأرانب البرية.
د) غوفر.
هذا النموذج مناسب تمامًا لهذا النوع من الدروس. سوف يفهم الطلاب الأفكار العامة للموضوع جزئيًا، ويتذكرون المصطلحات الأساسية، وسيكونون قادرين (وإن لم يكن كلهم) على الإجابة على أسئلة المهمة، وبالتالي فإن الهدف المحدد - ضمان الاستيعاب الأولي للمواد في علم الأحياء العام - سيكون تحققت إلى حد كبير. ومع ذلك، فإن الأمر يستحق التفكير في مدى فعالية هذا الدرس في هذا الموضوع. هل من الممكن تأليف تركيبة مختلفة وتحقيق نتائج أكبر من الفهم الجزئي للموضوع وتثبيت بعض المصطلحات في الذاكرة؟
دعونا نحاول إعطاء درس حول نفس الموضوع وباستخدام نفس المادة، ولكن باستخدام منطق مختلف. هدفها الرئيسي هو خلق الدافع لدى الطلاب لدراسة المواد الجديدة بشكل مستقل باستخدام الأدوات المتاحة لهم. فيما يتعلق بالهدف المحدد، تتغير أيضًا خطة الدرس ومنطقها، ويتم استخدام تقنيات جديدة غير متوقعة للطلاب.
خيار الدرس 2. نوع الدرس – درس تعلم مواد جديدة
مخطط الدرس
1. بيان المشكلة: كيف يختلف علم الأحياء العام عن العلوم التي سبق دراستها؟
2. ادع الطلاب إلى قراءة نسختين من مهام الاختبار بعناية.
3. حاول صياغة إجابة السؤال بإيجاز: ماذا سيكون الدرس؟ (لن يتم إكمال هذه المهمة في هذه المرحلة من الدرس.)
4. إذا واجه الطلاب صعوبة، اشرح لهم أنه لا ينبغي عليهم البحث عن الإجابات الصحيحة في المهمة. هدفهم هو معرفة موضوع المناقشة، ومحاولة تحديد الأفكار والمشاكل الرئيسية للموضوع. مناقشة نتائج البحث.
5. بعد 10-15 دقيقة من العمل المشترك، أعط الأطفال الإجابات الصحيحة على الأسئلة المتعلقة بالمهام واطلب منهم تقديم إجابة مكتوبة (أو شفهية) على السؤال المطروح مسبقًا.
6. بعد الاستماع إلى عدة خيارات للإجابة، انتبه إلى منطقها. لا يتم تنظيم الأسئلة في واجبات الاختبار وفقًا لمنطق عرض المادة في الكتاب المدرسي، ويقوم الطلاب بشكل طبيعي ببناء إجابتهم من خلال إدراج الإجابات الصحيحة على الواجبات.
7. اطلب بناء إجابة وفقًا لمنطق محتوى المادة التعليمية الذي يتم الكشف عنه أثناء المحادثة حول هذه المهمة.
8. يصحح الطلاب الإجابة ثم يكتبون مقالاً حول موضوع: "ماذا يدرس علم الأحياء العام؟"
9. بعد الانتهاء من المهمة، يبدأ العمل بالكتاب المدرسي: تتم مقارنة النص الذي كتبه الطلاب بالنص الموجود في الكتاب المدرسي. ومن خلال اكتشاف أوجه التشابه بين هذه النصوص، يختبر أطفال المدارس حالة حقيقية من النجاح.
10. مناقشة عناصر المحتوى الرئيسية للموضوع: مفهوم "النظام البيولوجي"، خصائص ومستويات تنظيم الحياة، طرق البحث.
11. حل مشكلة الدرس: يدرس علم الأحياء العام أنماط عمل وتطور النظم الحية على مستوياتها المختلفة. علم النبات وعلم الحيوان وعلم التشريح هي علوم أكثر تخصصًا تدرس بشكل أساسي المستويات العضوية وجزئيًا المستويات فوق العضوية.
ما الفائدة من بناء الدرس بهذه الطريقة؟ في ضوء ما قيل في المحاضرات السابقة فإن الجواب واضح: في تنظيم استيعاب المادة التعليمية، أي في تنظيم استيعاب المادة التعليمية. في طرق التدريس . بعد كل شيء، إذا كان الإصدار الأول من الدرس يتضمن نوعين فقط من نشاط الطالب - المعرفي (الإدراك الأولي) والإنجابي (التمارين)، فإن الخيار الثاني ينشط أيضًا النشاط الإبداعي، وعلى الفور، في الدرس الأول من الدورة، و مع الدافع النشط. ألا يتطلب التحليل الهادف لنص غير مألوف، واختيار الأجهزة المفاهيمية اللازمة، والجمع بين المفاهيم والعبارات المختارة في نص متماسك، إظهار القدرات الإبداعية؟ بالإضافة إلى ذلك، فإن الإجراء التعليمي لكل طالب يكون مصحوبًا بتأمل داخلي: "هل فعلت ذلك بشكل صحيح أم خطأ؟ هل ما اخترته له علاقة بالإجابة على السؤال؟ هل ستتوافق إجابتي مع نص الكتاب المدرسي أم لا؟ وبالتالي، فإن هذا الشكل من عرض المواد التعليمية يخلق الدافع للعمل معها.
نتيجة الدرس هي نتاج بحث الفرد - نص مكتوب أو منطوق، مادة مفهومة ومتقنة جيدًا، والقدرة المكتسبة على العمل في البداية بمفاهيم جديدة.
الأمثلة المقدمة للدروس حول موضوع واحد قطبية. هناك خيارات أخرى لتقديم المواد وتنظيم التعلم. يمكنك تعديل محتوى الدرس وبنيته. يمكنك بدء الموضوع بالكشف عن مفهوم "النظام"، وإعطاء صورة نظامية للعالم، ومقارنة الأنظمة الحية وغير الحية، وما إلى ذلك. النقطة ليست فقط في المحتوى، على الرغم من أهميته، ولكن في كيفية تنظيم أنشطة المعلم والطلاب: وما سيفعله الطلاب للتأكد من أن جزءًا من المحتوى المقترح يصبح ملكًا لهم شخصية. علاوة على ذلك، يمكن "تخصيص" كل طالب من طلاب المدارس الثانوية الجزء الخاص به، والذي سيصبح جزءًا من تعليمه. ولكن من ناحية أخرى، سيتعلم جميع الطلاب تقريبًا في الفصل الجزء الثابت من المحتوى، وسيعمل جميع الطلاب على جميع مستويات الاستيعاب - المعرفي والإنجابي والإبداعي.
دعنا نعود إلى تصنيف الدروس. في كتاب أ.ف. كوليفا "علم الأحياء العام. "تخطيط الدروس" يوفر 4 أنواع من الدروس والعديد من أنواعها. أنواع الدروس التي يقترحها المؤلف مدرجة في القائمة المقدمة في بداية المحاضرة. ولكن من المنطقي إعطاء أنواع الدروس، أو بالأحرى أشكال تنظيم الأنشطة التعليمية، على الرغم من أن الكثير منها مدرج في المخطط المتكامل لعملية التعلم في المحاضرة رقم 1. وإليكم القائمة.
1. تأمل الدرس.
2. الدرس - "السفر".
3. حكم الدرس.
4. لعبة الدرس.
5. طاولة مستديرة للدرس.
6. الدرس المتكامل.
7. درس المناقشة.
8. مؤتمر الدرس.
9. بحث الدرس.
10. رحلة الدرس.
عند التخطيط لشكل معين من الدرس، عليك أن تسأل نفس السؤال: كيف سيتم تنظيم أنشطة الطلاب؟ مثال على ذلك هو درس تجريبي في شكل أداء. هذا شكل مثير للاهتمام من الدروس ويترك انطباعًا رائعًا لدى الأطفال. ولكن إذا قمت بعد مرور بعض الوقت بعد هذا الدرس بطرح أسئلة على تلاميذ المدارس حول الموضوع الذي تمت دراسته، فسوف تتفاجأ عندما تلاحظ أن إجابات بعضهم، حتى المشاركين في الأداء، تترك الكثير مما هو مرغوب فيه. في هذه الحالة، يجدر التفكير فيما إذا كنت فعلت الشيء الصحيح بكتابة المسرحية بنفسك وإخراجها؟ ربما كان ينبغي لنا أن نحير الرجال بهذه الفكرة؟ وبعد ذلك، حتى من أجل جودة النص (على الرغم من أنه ليس ضروريًا على الإطلاق)، سيكون من الممكن تحقيق العديد من التأثيرات - الإثارة والتعليم الإبداعي، وليس مجرد مشاركة الأطفال. ويمكن أن يكون الجمهور ليس فقط متفرجين، ولكن أيضا مصممين وموسيقيين وفي نفس الوقت الطلاب المهتمين. هناك مساحة كبيرة لأنواع مختلفة من الأفكار والاكتشافات. من المهم فقط أن الشكل الرائع لا يضر بالمعرفة وأن سلبية المشاركين في العملية ليست مخفية خلف التصميم الخارجي.
في السنوات الأخيرة، تم تطوير مجموعة متنوعة من تقنيات التدريس (اقرأ، على سبيل المثال، كتاب G. K. Selevko "التقنيات التعليمية الحديثة"). من خلال التعرف على الأسس المفاهيمية للتكنولوجيا وخصائصها المنهجية، يمكن للمعلم ضمان استيعاب نفس المادة بطرق وتقنيات متنوعة. على سبيل المثال، يمكن تدريس موضوع "التنفس" في مقرر "الإنسان" بالطريقة التقليدية، وذلك من خلال شرح المادة وتعزيزها. وفي سياق أصول التدريس التعاونية، يمكن البدء في تطوير هذا الموضوع من خلال البناء المشترك لنماذج التنفس المختلفة، بعد دراسة الأدبيات مسبقًا ومناقشة النماذج الممكنة. باستخدام تقنية V.F. شاتالوف، يمكنك استخدام الملاحظات الداعمة، وما إلى ذلك. يمكنك استخدام أشكال العمل الفردية والجماعية، ولعب الأدوار وألعاب الأعمال، واستخدام أنواع مختلفة من الوسائل البصرية - الجداول والأفلام والعروض التوضيحية. كل هذا لن يكون له تأثير معين إلا عندما يتنبأ المعلم بأنشطة الطلاب في كل لحظة تقريبًا من الدرس. لذلك، عند التخطيط للدرس، يجب عليك مراعاة النقاط التالية.
1. ما هي الأهمية المعرفية لموضوع الدرس؟
2. ما هي أنواع الأنشطة التي يمكن تصورها والتخطيط لها في هذا الدرس؟ ماذا سيفعل الطالب في كل لحظة من الدرس؟
3. ما مكان هذا الدرس في نظام الدروس؟
4. كيف يمكنك تحديث معارف ومهارات الطلاب الحالية لإتقان هذا الموضوع؟
5. ما هي مصادر المعلومات الإضافية التي يسمح لك موضوع الدرس باستخدامها وما إذا كان ينبغي القيام بذلك أثناء الدرس.
6. كيف سيتم استخدام الوسائل التعليمية التقنية؟ ليست هناك حاجة لاستخدامها إلا إذا لزم الأمر.
7. ما هي أنواع ومستويات تعقيد المهام التي ستقدمها للتوحيد والبحث المستقل والتحكم (ضبط النفس)؟
في أجزاء الدرس الواردة في هذه المحاضرات وغيرها يمكنك العثور على الأحكام التي تمت مناقشتها في هذا الجزء من المحاضرة. وبالتالي، عند التخطيط لدرس "العبور الأحادي الهجين"، من الضروري فهم أهميته النظرية والإرشادية والتقييمية. من المهم توفير صلة بين هذا الدرس والدروس السابقة (قسم "التكاثر") والموضوعات اللاحقة ("التطور"، "الاختيار"). من الواضح تمامًا أن موضوع هذا الدرس يتضمن إمكانية تنظيم استيعاب المواد من خلال الطريقة الإنجابية ومن خلال طرق التعلم القائم على المشكلات - عرض المشكلات والمحادثة الإرشادية. يمكن تحديث المعرفة الحالية كتابيًا أو شفهيًا في شكل نظام من الأسئلة ومهام الاختبار وحل المشكلات حول موضوعي "الانقسام الخيطي" و"الانقسام الاختزالي". يمكن استخدام جزء من الفيلم أو نفس النص الكتابي كمصادر إضافية للمعلومات. وهذا يكفي للدرس الأول في هذا الموضوع. الوسائل التعليمية الأخرى في هذا الدرس هي النماذج الديناميكية، والجدول، ونموذج الكمبيوتر. يمكن أن تكون المهام المقدمة للطلاب في هذا الدرس إما بسيطة أو تتطلب إعادة إنتاج أو معقدة للغاية. على سبيل المثال، يمكنك اقتراح مهمة تتطلب حساب خيارات مختلفة للوراثة المحتملة لسمة معينة. كل هذا يتوقف على نوع المادة التعليمية التي يمتلكها المعلم. بالطبع، من المهم حساب مقدار الوقت الذي سيتطلبه هذا النشاط. قد يحدث أن درسًا واحدًا لن يكون كافيًا لدراسة المادة بشكل كامل. وهذا يعني أنه من الضروري إعطاء درسين ولا ينبغي للمرء أن يخاف من الانحرافات عن المنهج. هناك معارف ومهارات تتطلب وقتًا أطول لتكوينها وتطويرها مما هو منصوص عليه في المنهج الدراسي. لا داعي للخوف من هذا، لأن الوقت الذي تقضيه سيؤتي ثماره في المستقبل.
أسئلة ومهام للعمل المستقل
1. ما هي الاختلافات الرئيسية بين الدروس المقدمة في المحاضرة حول موضوع "مقدمة في علم الأحياء العام"؟
2. لماذا من المهم تحديد الروابط بين هذا الدرس والموضوعات السابقة واللاحقة؟
3. قم بإعداد عدة مهام متعددة المستويات لأي من موضوعات الدورة.