ستهلاك المادة العضوية وتدفق الطاقة ( دور العضلات الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة )

ستهلاك المادة العضوية وتدفق الطاقة الثانية بكالوريا علوم فيزيائية
[post_ad]

ستهلاك المادة العضوية وتدفق الطاقة الثانية بكالوريا علوم فيزيائية

دور العضلات الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة

   

   تمهيد: يقوم لاعب كرة القدم بحركات ناتجة عن تقلص عضلاته، ويستلزم ذلك طاقة كيميائية(ATP) يحصل عليها من خلال تفكيك المادة العضوية.

telegraph.co.uk

تساؤل: كيف يمكن تحويل الطاقة الكيميائية ATP إلى تقلص عضلي(طاقة ميكانيكية)؟

 1 ـ دراسة تجريبية للتقلص العضلي( الظواهر الميكانيكية):

العضلات الهيكلية هي كل العضلات المرتبطة بالهيكل العظمي، وتمكن من القيام بالحركات عن طريق التقلص. وتتميز بصفة عامة بالمرونة، والاهتياجية (القدرة على الاستجابة لعامل مهيج) والقلوصية (القدرة على التقلص).

1 - 1 - العدة التجريبية:

توصل عضلة بطن الساق لضفدعة مخربة الدماغ والنخاع الشوكي بجهاز تسجيل التقلص العضلي الذي يسمى راسمة عضلية ثم نهيج العضلة إما بطريقة مباشرة أو غير مباشرة (تهييج العصب الوركي) فنحصل على تسجيلات تسمى رسوما تخطيطية عضلية. انظر الرابط

1 - 2 - تحليل التسجيلات العضلية: الوثيقة

         أ - استجابة العضلة لاهاجة واحدة:

 

1 ـ استخرج من الوثيقة مراحل الاستجابة العضلية.

الاجابة

      ب - استجابة العضلة لاهاجات متباعدة ذات شدة متصاعدة:

      1 ـ اعتمادا على تحليل التسجيلات العضلية، فسر النتائج المحصل عليها

الاجابة

  ج - استجابة العضلة لاهاجات فعالة، متماثلة ومتتالية :

     1 ـ انطلاقا من الوثيقة ،فسر النتائج المحصل عليها 

الاجابة

    د - استجابة العضلة لسلسلة من الاهاجات المتماثلة والمتقاربة:

       1 ـ اعتمادا على تحليل التسجيلات العضلية، بين أن التقلص الطبيعي في الجسم عبارة عن كزاز تام. 

الاجابة

    و - التعب العضلي:

نخضع العضلة لتنبيه واحد فنحصل على رعشة عضلية1، بعد ذلك نخضعها لسلسلة من الاهاجات غير مسجلة، وفي النهاية نخضعها لتنبيه أخير فنحصل على المخطط 2.

      1 ـ باستغلالك للوثيقة، استخلص مميزات التعب العضلي.

الاجابة

 2 ـ الظواهر المرافقة للتقلص العضلي:

        للكشف عن الظواهر المصاحبة للتقلص العضلي نقترح المعطيات التالية:

تمثل الوثيقة 1 العدة التجريبة لقياس درجة حرارة العضلة خلال النشاط العضلي وكذا نتائج هذا القياس:

تمثل الوثيقة 2 مقارنة لبعض العناصر على مستوى العضلة في حالة راحة وحالة نشاط.

  1 ـ باستغلالك للوثيقتين 1و2، استخلص الظواهر المصاحبة للتقلص العضلي.

الاجابة

 3 ـ بنية العضلة الهيكلية المخططة:

رسم تخطيطي لمقطع عرضي لعضلة	مقطع عرضي لعضلة طرية

تتكون العضلة من عدة ألياف عضليةMyofibres على شكل حزم، ذات لون أحمر لاحتوائها على الخضاب العضلي وهو بروتين متخصص في نقل الغازات التنفسية وهناك أيضا وجود أوعية دموية وأعصاب.

            3 ـ 1 ـ بنية الليف العضلي:انظر الرابط

                       

مقطع عرضي لألياف عضلية	مقطع طولي لألياف عضلية
http://www.biomultimedia.net/archiv/muscle.htm

رسم تخطيطي جزئي ثلاثي الأبعاد لخلية عضلية= ليف عضلي http://www.humans.be/physio%20muscle.html

يمثل كل ليف عضلي خلية ضخمة متعددة النوى، يصل طولها إلى عدة سنتمترات، محاطة بغشاء ساركوبلازمي، وتحتوي على سيتوبلازم (ساركوبلازم) يوجد به العديد من الميتوكوندريات، وشبكة ساركوبلازمية كثيفة غنية بالكالسيوم،كما يحتوي على كمية من الغليوكوجين والخضاب العضلي. ويبقى المكون الرئيسي لليف العضلي هو اللييفات العضلية التي تعطي المظهر المخطط للعضلات.

انظر الرابط

                   3 ـ 2 ـ بنية اللييف العضليmyofibrille:

 تمثل الوثيقة التالية صورة مجهرية جزئية للييف عضلي.

يتشكل كل لييف عضلي من تناوب أشرطة فاتحة I أي Isotropic وأشرطة داكنة A أي Anisotropic.

يظهر وسط كل شريط داكن منطقة فاتحة تدعى المنطقة H مشتقة من الكلمة الألمانية Heller وتعني مضيء.

 وسط كل شريط فاتح خط قاتم يدعى الحز Z مشتقة من الكلمة الألمانية Zwischenscheibe وتعني القرص الأوسط.  

تسمى المنطقة المحصورة بين حزي Z متتالين ساركومير، ويعتبر هذا الأخير الوحدة البنيوية والوظيفية للييف العضلي.

                                                                                                         ملاحظة بتكبير 20.000

            3 ـ 3 ـ فوق بنية اللييف العضلي Myofibrille :

يتشكل كل لييف عضلي من صنفين من الخييطات العضلية Myofilaments:

                       ـ خييطات سميكة مكونة من بروتين يدعى ميوزين

                       ـ خييطات دقيقة مكونة من بروتين يدعى أكتين

coproweb.free.fr/pagphy/physioan/ch7s1.htm

الشريط الفاتح I مكون فقط من الأكتين أما الشريط القاتمA يتكون من النوعين من الخييطات باستثناء المنطقة H حيث يتواجد الميوزين فقط.

            3 ـ 4 ـ فوق بنية الخييطات العضلية:

           تمثل الوثيقة التالية، فوق بنية الخييطات العضلية.

     ـ انطلاقا من الوثيقة، صف فوق بنية الخييطات العضلية.

الاجابة

 خلاصة:

http://eu.wiley.com/WileyCDA

www.biomultimedia.net

انظر أيضا الرابط1   ـ الرابط2

 4 ـ التقلص العضلي:     

 المصدر المباشر للطاقة اللازمة للتقلص العضلي هي حلمأة جزيئة ATP

ATP + H₂O ----------------------> ADP + P_i + 7,3Kcal

جزء من هذه الطاقة يستعمل في التقلص العضلي والجزء الآخر يضيع على شكل حرارة التقلص.

فكيف يتم تحويل الطاقة الكيميائية ATP إلى تقلص عضلي (طاقة ميكانيكية)؟

            4 ـ 1 ـ ملاحظات مجهرية:

 للكشف عن بعض التغيرات التي تطرأ على اللييف العضلي خلال التقلص نقترح المعطيات التالية:

يمثل الشكل1 من الوثيقة الموالية ملاحظة مجهرية للييف عضلي في حالة راحة بينما يمثل الشكل2 لييف في حالة تقلص.

         1 ـ اعتمادا على مقارنة الشكلين1 و2  استخرج التغيرات التي تطرأ على اللييف العضلي خلال التقلص.

         2 ـ اقترح تفسيرا لهذه التغيرات.

الاجابة

انظر الرابط

انظر ايضا الرابط

            4 ـ 2 ـ كيف يتم انزلاق الخييطات فيما بينها؟

                             أ ـ شروط التقلص العضلي:

لتعرف شروط التقلص العضلي نقترح المعطيات التجريبية التالية:

 ـ التجربة1: نقيس كل من الكالسيوم داخل ساركوبلاسم الخلية العصلية وتوترها بعد تهييجها. النتائج المحصل عليها ممثلة في مبيان الشكل1.

 ـ التجربة2: نقيس توتر لييف عضلي بعد كل من مادة Salyrgan الكابحة لحلمأة ATP، ومادة كيميائية X ترتبط بالكالسيوم وتمنع فعله.

يعطي مبيان الشكل2 نتائج التحربة.

 الشبكة الساركوبلاسمية الداخلية غنية بالكالسيوم.

 ـ التجربة3:تتم إضافة الكالسيوم إلى خييطات الاكتين والميوزين. تمثل الوثيقة التالية النتيجة المحصل عليها:

   1 ـ باستنادك إلى التجربتين1 و2، استخلص شروط التقلص العضلي.

   2 ـ اعتمادا على نتائج التجربة3، استنتج دور الكالسيوم.

الاجابة

                           ب ـ مراحل التقلص العضلي:

 للكشف عن مراحل التقلص العضلي، نقترح الوثائق التالية:

تمثل الوثيقة1 منطقة اتصال الألياف العصبية والعضلية.

 تمثل الوثيقة2 مختلف مرحل التقلص العضلي.

     ـ انطلاقا من الوثيقتين1 ,2، استخرج مراحل التقلص العضلي.

الاجابة

متحركات توضح مراحل التقلص العضلي
الوثيقة7	الوثيقة6	الوثيقة5	الوثيقة4	الوثيقة3	الوثيقة 2	الوثيقة1

5 ـ خلاصة:     

 تحول العضلة الطاقة الناتجة عن حلمأة ATP (طاقة كيميائية) إلى انزلاق خييطات الأكتين بالنسبة للميوزين ( طاقة ميكانيكية) ويصرف جزء من هذه الطاقة على شكل حرارة (طاقة حرارية) فالعضلة إذن محول للطاقة من حالتها الكيميائية إلى حالتها الميكانيكية والحرارية.

  6 ـ الكشف عن تجديد ATP.

          6 ـ 1 ـ معطيات تجريبية:

تمثل الوثيقة التالية جدولا يوضح معايرة بعض المواد اثناء ظروف تجريبية مختلفة.

التجارب	الملاحظات	المواد المعيرة	نتائج المعايرة
			قبل التقلص	بعد التقلص
إهاجة العضلة كهربائيا	تقلص العضلة لمدة 3 دقائق	غليكوجين	1.62	1.21
		حمض لبني	1.5	1.95
		ATP	2	2
		فوسفوكرياتين	1.5	1.5
إهاجة العضلة بوجود الحمض الأيودي الاستيك(مادة توقف انحلال الكليكوز)	تقلص العضلة لمدة 3 دقائق	غليكوجين	1.62	1.62
		حمض لبني	1.5	1.5
		ATP	2	2
		فوسفوكرياتين	1.5	0.4
إهاجة العضلة بوجود الحمض الأيودي الاستيك ومادة مانعة لانحلال الفوسفوكرياتين	العضلة تتقلص بشكل عادي ثم تتوقف	غليكوجين	1.62	1.62
		حمض لبني	1.5	1.5
		ATP	2	0
		فوسفوكرياتين	1.5	1.5

1 ـ باستغلالك لمعطيات الوثيقة، فسر النتائج المحصل عليها ثم استخلص الظاهرة التي تكشف عنها هذه التجربة.

الاجابة

 6 ـ 2 ـ طرق تجديد ATP: 

                              أ ـ تفاعلات سريعة لاهوائية لالبنية:Anaerobe alactique

    هي مصدر الحرارة الأولية خصوصا حرارة الارتخاء.

   ـ التفاعل الأول :تحتوي الألياف العضلية على مركب غني بالطاقة يسمى كرياتين فوسفاط أو فوسفاجين Creatine-P

ADP + Creatine-P --------------------------------------> ATP +Creatine + حرارة الارتخاء

   ـ التفاعل الثاني :

ADP + ADP ------------ enzyme Myokinase----------> ATP +AMP + حرارة الارتخاء

                             ب ـ تفاعلات متوسطة لاهوائية لبنية:التخمر اللبني.Anaerobe lactique

 عند نقصان O₂ وبعد تفكيك الكليكوز إلى حمض بيروفيك يختزل هذا الأخير إلى حمض لبني.

C₆H₁₂O₆ + 2ADP + 2P_i -----------------------> 2(CH₃-CHOH-COOH) + 2ATP

يسبب تراكم الحمض اللبني انخفاض PH العضلة وبالتالي انخفاض فعالية الأنزيمات وانخفاض الإستقلاب العضلي مما يؤدي إلى التعب العضلي.

                             ج ـ تفاعلات بطيئة هوائية :Aerobe

في وجود O₂ وبعد تفكيك الكليكوز إلى حمض بيروفيك يدخل هذا الأخير في التأكسدات التنفسية داخل الميتوكوندري وهي مصدر الحرارة المتأخرة.

C₆H₁₂O₆  + 6O₂  -------------> 6CO₂ +6H₂O + 36ATP  + الحرارة المتأخرة

 انظر الوثيقة

يمثل الجدول التالي النسبة المئوية لكل مسلك حسب نوع النشاط الرياضي.

مسلك حيهوائي %		مسلك حيلاهوائي لبني %	مسلك حيلاهوائي لا لبني %
أحماض ذهنية حرة	غليكوجين	غليكوجين	ATP , كرياتين فوسفات
0	4	48	48	100m
0	10	65	25	200m
0	25	62.5	12.5	400m
0	44	50	6	800m
0	75	25	السرعة النهائية 0	1500m
0	87.5	12.5	السرعة النهائية 0	5000m
0	97	3	السرعة النهائية 0	10km
20	79	1	السرعة النهائية 0	الماراثون
60	40	0	السرعة النهائية 0	أكثر من 80km

حسب  Newsholme, 1992

الموضوع من خيمة 

Partager L'article