حل بكالوريا 2014 علوم طبيعة وحياة شعبة علوم تجريبية — الموضوع الثاني مفصّل خطوة بخطوة

1. التجربة 1: البروتياز في شروط مثلى لأنه في وسط ذي حموضة مناسبة (pH = 5)، بنيته طبيعية ونشاطه طبيعي، فقام بإماهة بروتينات البكتيريا.
2. التجربة 2: البروتياز في وسط غير طبيعي (سائل هيولي pH = 7) بدرجة حموضة غير مناسبة، بنيته غير طبيعية، فلا يفكك بروتينات البكتيريا.
3. التجربة 3: الهكسوكيناز (إنزيم هيولي، pH = 7) في السائل الليزوزومي (pH = 5): حموضة غير مناسبة، بنية غير طبيعية، لا فسفرة للغلوكوز.
4. التجربة 4: الهكسوكيناز في الهيولى (pH = 7): شروط مثلى، بنية طبيعية، فسفرة الغلوكوز.
5. الاستنتاج: نشاط الإنزيم يتأثر بتغير حموضة الوسط؛ في وسط أقل أو أكثر حموضة من المناسب يفقد الموقع الفعال شكله المميز بتغير حالته الأيونية، فيعاق تثبيت مادة التفاعل ولا يحدث التفاعل.

الجواب ت1: البروتياز في شروط مثلى (pH = 5 مناسب)، بنيته طبيعية ونشاطه طبيعي: إماهة بروتينات البكتيريا. ت2: وسط هيولي (pH = 7) غير مناسب، بنية غير طبيعية، الإنزيم غير نشط. ت3: الهكسوكيناز في السائل الليزوزومي (pH = 5) غير مناسب، لا فسفرة. ت4: الهكسوكيناز في الهيولى (pH = 7) شروط مثلى، فسفرة الغلوكوز. الاستنتاج: نشاط الإنزيم يتأثر بحموضة الوسط؛ في وسط أقل أو أكثر حموضة من المناسب يفقد الموقع الفعال شكله المميز بتغير حالته الأيونية فلا تتثبت مادة التفاعل.

انتبه الاكتفاء بوصف النتائج دون ربطها بـ pH الوسط وبنية الإنزيم.

النشاط الإنزيمي للبروتينات

1. غشاء الليزوزوم يفصل سائلاً ليزوزومياً (pH من 4.5 إلى 5.5) مثالياً لإنزيماته، عن السائل السيتوبلازمي (pH من 7 إلى 7.3) المثالي للإنزيمات الهيولية.
2. إنزيمات الليزوزوم لا تعمل في الهيولى، وإنزيمات الهيولى لا تعمل في السائل الليزوزومي.
3. إذن التنظيم الحجيري الغشائي ضروري: يسمح لإنزيمات مختلفة بالعمل في قيم pH مثلى مختلفة ضمن خلية واحدة.

الجواب الطبقة الغشائية للليزوزوم تفصل سائلاً ليزوزومياً pH بين 4.5 و5.5 يوفر قيماً مثلى لإنزيماته، عن سائل سيتوبلازمي pH بين 7 و7.3 يوفر قيماً أخرى مثلى للإنزيمات الهيولية؛ إنزيمات الليزوزوم لا تعمل في الهيولى وإنزيمات الهيولى لا تعمل في السائل الليزوزومي، فالتنظيم الحجيري ضروري لأنه يفصل حجيرات تمكن إنزيمات مختلفة من العمل في قيم pH مثلى مختلفة ضمن خلية واحدة.

النشاط الإنزيمي للبروتينات

1. حيوي: طبيعته بروتينية.
2. وسيط: يسرع التفاعل الكيميائي ويسترجع بنيته ونشاطه في نهايته (لا يستهلك).

الجواب حيوي: لأن الأنزيم بروتين. وسيط: لأنه يتدخل ليسرع التفاعل الكيميائي ويسترجع بنيته ونشاطه في نهاية التفاعل.

النشاط الإنزيمي للبروتينات

1. الليزوزيم بروتين أحادي السلسلة الببتيدية من 129 حمضاً أمينياً.
2. يملك في جزء منه موقعاً فعالاً ذا شكل محدد، تشكله أحماض أمينية متباعدة في السلسلة تتقارب بالانطواء.
3. 4 جسور ثنائية الكبريت تتدخل في تحديد البنية الفراغية للأنزيم واستقرارها.

الجواب الليزوزيم بروتين أحادي السلسلة الببتيدية يتركب من 129 حمضاً أمينياً، يملك في جزء منه موقعاً فعالاً يتميز بشكل محدد. تتدخل 4 جسور ثنائية الكبريت في تحديد البنية الفراغية للأنزيم واستقرارها.

النشاط الإنزيمي للبروتيناتالعلاقة بين بنية ووظيفة البروتين

1. الوثيقة 2 (ج): ارتفاع درجة الحرارة يخرب الجسور ثنائية الكبريت التي تساهم في ثبات البنية ثلاثية الأبعاد.
2. كلما زاد عدد الجسور المخربة تناقص النشاط الإنزيمي، وعند تخريب كل الجسور يتوقف النشاط.
3. تخريب الجسور يغير البنية الفراغية فيتغير الموقع الفعال ويفقد الأنزيم نشاطه.
4. فلا يفكك الليزوزيم السلاسل السكرية لجدران البكتيريا، فتبقى حية وتتكاثر وتحدث الإصابة للعضوية.

الجواب ارتفاع درجة الحرارة يخرب الجسور ثنائية الكبريت التي تساهم في ثبات البنية ثلاثية الأبعاد؛ كلما زاد عدد الجسور المخربة تناقص النشاط الإنزيمي، وعند تخريب كل الجسور يتوقف. فيتغير الموقع الفعال ويفقد الأنزيم نشاطه، فلا يفكك السلاسل السكرية لجدران البكتيريا التي تبقى حية وتتكاثر فتحدث الإصابة.

النشاط الإنزيمي للبروتينات

1. من الجزء 1: لكل إنزيم pH أمثل (الليزوزوم حامضي، الهيولى متعادلة)؛ الحجيرات الخلوية توفر هذا الشرط.
2. من الجزء 2: البنية الفراغية السليمة (الجسور ثنائية الكبريت) ضرورية للموقع الفعال؛ الحرارة المرتفعة تخربها.
3. الإنزيم نوعي: يتطلب مادة تفاعل تتكامل بنيوياً مع موقعه الفعال (بروتينات البكتيريا للبروتياز، الغلوكوز و ATP للهكسوكيناز).

الجواب يعمل الأنزيم في وسط ذي pH أمثل خاص به، وفي درجة حرارة تحافظ على بنيته الفراغية (جسوره ثنائية الكبريت سليمة)، مع مادة تفاعل تتكامل بنيوياً مع موقعه الفعال.

النشاط الإنزيمي للبروتينات

1. العضلة 1: عصبون حسي يتصل مباشرة بعصبون محرك (ع1).
2. العضلة 2: عصبون حسي، ثم عصبون جامع (ع2)، ثم عصبون محرك (ع3).

الجواب في عمل العضلة 1: عصبون حسي، عصبون محرك (ع1). في عمل العضلة 2: عصبون حسي، عصبون جامع (ع2)، عصبون محرك (ع3).

النقل المشبكي والإدماج العصبي

1. التسجيلان: تغيرات الكمون في الغشاء بعد المشبكي للمشبكين م1 و م3 إثر تنبيه فعال للعصبون الحسي المتصل بالعضلة 1.
2. في م1: زوال استقطاب أو كمون بعد مشبكي منبه (PPSE) لفترة قصيرة، ثم يسترجع الغشاء استقطابه.
3. في م3: إفراط في الاستقطاب أي كمون بعد مشبكي مثبط (PPSI) لفترة قصيرة، ثم يسترجع الغشاء استقطابه.
4. التنبيه الفعال للعصبون الحسي يسبب مرور رسالتين مختلفتين في مستوى المشبكين م1 و م3.
5. الاستنتاج: المشبك م1 منبه للعصبون المحرك ع1، بينما المشبك م3 مثبط للعصبون ع3 (0.5).

الجواب التسجيلان يمثلان تغيرات الكمون الغشائي في الغشاء بعد المشبكي للمشبكين م1 و م3 إثر تنبيه فعال للعصبون الحسي للعضلة 1: في م1 زوال استقطاب (PPSE) لفترة قصيرة ثم يسترجع الغشاء استقطابه، وفي م3 إفراط في الاستقطاب (PPSI) لفترة قصيرة ثم يسترجع استقطابه؛ التنبيه يسبب مرور رسالتين مختلفتين. الاستنتاج: المشبك م1 منبه للعصبون المحرك ع1 بينما المشبك م3 مثبط للعصبون ع3.

النقل المشبكي والإدماج العصبي

1. ع2 عصبون جامع يثبط انتقال الرسالة الواردة من العصبون الحسي إلى العصبون المحرك ع3، فترتخي العضلة 2.

الجواب العصبون الجامع (ع2) يثبط انتقال الرسائل العصبية الواردة من العصبون الحسي إلى العصبون المحرك (ع3) للعضلة 2.

النقل المشبكي والإدماج العصبي

1. المشبك م1: بوصول موجة زوال الاستقطاب إلى النهاية العصبية الحسية يتحرر مبلغ عصبي منبه في الشق المشبكي.
2. يتثبت على مستقبلات خاصة على الغشاء بعد المشبكي متسبباً في انفتاح قنوات الصوديوم المرتبطة بالكيمياء.
3. تدخل شوارد Na+ الموجبة إلى الخلية بعد المشبكية محدثة زوال الاستقطاب (PPSE) يسمح بنشأة كمون عمل على ع1 ينتشر إلى العضلة 1 فتتقلص.
4. المشبك م3: بوصول موجة زوال الاستقطاب إلى النهاية قبل المشبكية يتحرر مبلغ عصبي مثبط يتثبت على مستقبلات خاصة على الغشاء بعد المشبكي.
5. ملاحظة: الإجابة النموذجية الرسمية تذكر «النهاية العصبية الحسية» للمشبك م3، والأدق أن المبلغ المثبط يتحرر من النهاية قبل المشبكية للعصبون الجامع ع2 كما في الوثيقة. باقي الإجابة مطابق للرسمية.
6. تنفتح قنوات الكلور المرتبطة بالكيمياء، وتدخل شوارد Cl− السالبة محدثة إفراطاً في الاستقطاب (PPSI).
7. يمنع ذلك نشأة كمون العمل على العصبون ع3 كي تبقى العضلة 2 مرتخية.

الجواب م1: بوصول موجة زوال الاستقطاب إلى النهاية العصبية الحسية يتحرر مبلغ عصبي منبه يتثبت على مستقبلات خاصة في الغشاء بعد المشبكي، فتنفتح قنوات الصوديوم المرتبطة بالكيمياء وتدخل Na+ فيحدث زوال استقطاب (PPSE) يسمح بنشأة كمون عمل على ع1 ينتشر إلى العضلة 1 فتتقلص. م3: بوصول موجة زوال الاستقطاب يتحرر مبلغ عصبي مثبط يتثبت على مستقبلات خاصة، فتنفتح قنوات الكلور وتدخل Cl− فيحدث إفراط في الاستقطاب (PPSI) يمنع نشأة كمون العمل على ع3 كي تبقى العضلة 2 مرتخية.

النقل المشبكي والإدماج العصبي

1. كل من التنبيهات المعزولة S1، S3، S4 تسبب زوال استقطاب (PPSE) على العصبون المحرك لم تبلغ سعته عتبة نشأة كمون العمل، فلا أثر على المحور الأسطواني (0.25).
2. التنبيه المعزول S2 يسبب إفراط استقطاب الغشاء بعد المشبكي (PPSI) ولا يولد كمون عمل (0.25).
3. S1 + S1 المتتاليان المتقاربان: زوال استقطاب بسعة أكبر من العتبة، فينشأ كمون عمل ينتشر على المحور: جمع زمني للكمونات الواردة من نفس العصبون (0.5).
4. S1 + S3 في آن واحد: زوال استقطاب بسعة أكبر من العتبة وكمون عمل: جمع فضائي لكمونات عصبونين مختلفين (0.5).
5. S1 + S2 + S3 في آن واحد: جمع فضائي أعطى محصلة أقل من العتبة (PPSI يعاكس PPSE)، فلا كمون عمل (0.5).
6. S1 + S2 + S3 + S4 في آن واحد: جمع فضائي أعطى محصلة أكبر من العتبة، فيتولد كمون عمل (0.5).
7. الاستنتاج: يعالج العصبون المحرك المعلومات الواردة إليه بتجميع مجمل الكمونات إما تجميعاً زمنياً أو فضائياً، ويتوقف تسجيل كمون العمل على محصلة التجميع (0.5).

الجواب كل من S1 و S3 و S4 المعزولة تسبب PPSE لم تبلغ سعته العتبة، و S2 المعزول يسبب PPSI: لا كمون عمل. S1 + S1 المتقاربان: تجميع زمني يبلغ العتبة فيتولد كمون عمل. S1 + S3: تجميع فضائي يتجاوز العتبة. S1 + S2 + S3: المحصلة أقل من العتبة. S1 + S2 + S3 + S4: المحصلة أكبر من العتبة. الاستنتاج: يعالج العصبون المحرك المعلومات بتجميع مجمل الكمونات زمنياً أو فضائياً، ويتوقف تسجيل كمون العمل على محصلة التجميع.

انتبه الخلط بين التجميع الزمني (نفس المشبك، تنبيهات متتالية) والفضائي (مشابك مختلفة، في آن واحد).

النقل المشبكي والإدماج العصبي

1. العضية (س): صانعة خضراء.
2. الأرقام: 1: ${\text{H}}_2\text{O}$ ؛ 2: ${\text{PS}}_2$ غير محفز ؛ 2′: ${\text{PS}}_2$ محفز ؛ 3: ${\text{PS}}_1$ غير محفز ؛ 3′: ${\text{PS}}_1$ محفز ؛ 4: ${\text{NADP}}^{+}$ ؛ 5: ${\text{NADPH,H}}^{+}$ (0.25 × 8).
3. الحروف: أ: تيلاكويدات ؛ ب: ستروما (حشوة) (0.25 × 2).

الجواب العضية (س): صانعة خضراء. 1: H2O ؛ 2: PS2 غير محفز ؛ 2′: PS2 محفز ؛ 3: PS1 غير محفز ؛ 3′: PS1 محفز ؛ 4: NADP+ ؛ 5: NADPH,H+. أ: تيلاكويدات ؛ ب: ستروما.

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. الشكل (2): أكسدة الماء وإرجاع ${\text{NADP}}^{+}$: $2{\text{H}}_2\text{O}+2{\text{NADP}}^{+}⟶2({\text{NADPH,H}}^{+})+{\text{O}}_2$.
2. الشكل (3): فسفرة ADP بواسطة الكرية المذنبة: $\text{ADP}+{\text{P}}_i+\text{E}⟶\text{ATP}$.
3. تقبل المعادلة الإجمالية المعبرة عن التفاعلين.

الجواب الشكل 2: $2{\text{H}}_2\text{O}+2{\text{NADP}}^{+}⟶2({\text{NADPH,H}}^{+})+{\text{O}}_2$ ؛ الشكل 3: $\text{ADP}+{\text{P}}_i+\text{E}⟶\text{ATP}$

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. العناصر: من ${\text{PS}}_2$ غير المحفز إلى ${\text{T}}_1$، ومن ${\text{PS}}_1$ غير المحفز إلى ${\text{T}}_1^{\prime }$.
2. السبب: كمون ${\text{PS}}_2$ $(0,9\text{V})$ أكبر من كمون ${\text{T}}_1$، وكمون ${\text{PS}}_1$ $(0,5\text{V})$ أكبر من كمون ${\text{T}}_1^{\prime }$.
3. ولا يمكن انتقال الإلكترونات تلقائياً من كمون مرتفع إلى كمون منخفض.

الجواب من PS2 غير محفز إلى T1، ومن PS1 غير محفز إلى T′1: لأن كمون PS2 أكبر من كمون T1، وكمون PS1 أكبر من كمون T′1، ولا يمكن انتقال الإلكترونات تلقائياً من كمون مرتفع إلى كمون منخفض.

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. يتهيج ${\text{PS}}_2$ بعد اقتناص الطاقة الضوئية فينخفض كمون أكسدته الإرجاعية (إلى $-0,55\text{V}$)، فتنتقل الإلكترونات تلقائياً نحو السلسلة الأولى (${\text{T}}_1$، ${\text{T}}_2$، ${\text{T}}_3$).
2. يتهيج ${\text{PS}}_1$ بعد اقتناص الطاقة الضوئية فينخفض كمونه (إلى $-0,6\text{V}$)، فتنتقل الإلكترونات تلقائياً نحو السلسلة الثانية (${\text{T}}_1^{\prime }$، ${\text{T}}_2^{\prime }$) لتصل إلى آخر مستقبل ${\text{NADP}}^{+}$.

الجواب يتهيج PS2 بعد اقتناص الطاقة الضوئية فينخفض كمون أكسدته الإرجاعية مما ينتج عنه الانتقال التلقائي للإلكترونات نحو السلسلة التركيبية الأولى (T1، T2، T3). ويتهيج PS1 بعد اقتناص الطاقة الضوئية فينخفض كمونه، فتنتقل الإلكترونات تلقائياً نحو السلسلة الثانية (T′1، T′2) لتصل إلى آخر مستقبل هو NADP+.

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. انتقال الإلكترونات على طول السلسلة التركيبية الضوئية يصاحبه تراكم البروتونات في تجويف التيلاكويد.
2. مصدر هذه البروتونات: التحلل الضوئي للماء، والانتقال الموضعي من الحشوة إلى تجويف التيلاكويد.
3. ينتج تدرج في التركيز، وعودة البروتونات عبر الكرية المذنبة (F0-F1) توفر الطاقة لفسفرة ADP.

الجواب يصاحب انتقال الإلكترونات على طول السلسلة التركيبية الضوئية تراكم البروتونات في تجويف التيلاكويد، فينتج تدرج في التركيز ضروري لفسفرة ADP (بواسطة الكرية المذنبة)؛ هذه البروتونات ناتجة عن التحلل الضوئي للماء وعن الانتقال الموضعي من الحشوة إلى تجويف التيلاكويد.

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. المنحنى يمثل تغيرات نسبة CO2 المثبت بدلالة الزمن في شروط تجريبية متغيرة (ضوء و CO2).
2. من ز0 إلى ز1 (ضوء + CO2): الكمية المثبتة ثابتة عند قيمة أعظمية.
3. من ز1 إلى ز2 (ضوء، غياب CO2): يتوقف التثبيت.
4. من ز2 إلى ز3 (ظلام + CO2): زيادة سريعة لتبلغ القيمة الأعظمية، ثم تناقص تدريجي حتى الانعدام عند ز3: هناك علاقة بين تثبيت CO2 ووجود الضوء.
5. الاستنتاج: يتطلب تثبيت CO2 استمرار الإضاءة (وجود نواتج المرحلة الكيموضوئية) (0.25).

الجواب المنحنى يمثل تغيرات نسبة CO2 المثبت بدلالة الزمن: من ز0 إلى ز1 (ضوء + CO2) الكمية المثبتة ثابتة عند قيمة أعظمية؛ من ز1 إلى ز2 (ضوء وغياب CO2) يتوقف التثبيت؛ من ز2 إلى ز3 (ظلام + CO2) زيادة سريعة لتبلغ القيمة الأعظمية ثم تناقص تدريجي حتى الانعدام عند ز3: علاقة بين تثبيت CO2 ووجود الضوء. الاستنتاج: يتطلب تثبيت CO2 استمرار الإضاءة (وجود نواتج المرحلة الكيموضوئية).

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. من ز3 إلى ز4 (ظلام + CO2 + ATP فقط): يبقى المنحنى عند الصفر، لأن إرجاع APG يتطلب أيضاً TH2 (NADPH).
2. بعد ز4 (ATP + TH2): يرتفع التثبيت تدريجياً ليبلغ قيمة عظمى (بين 50 و60) ويستقر حتى ز5.

الجواب من ز3 إلى ز4: يبقى التثبيت منعدماً رغم حقن ATP. بعد ز4: يرتفع التثبيت تدريجياً (منحنى على شكل S) ليبلغ قيمة عظمى بين 50 و60 ويستقر حتى ز5.

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. يندمج CO2 في تفاعلات المرحلة الكيموحيوية.
2. يتثبت CO2 على RudiP مشكلاً جزيئتين من APG (أول مركب يظهر فيه الإشعاع).
3. يرجع APG بواسطة ATP و ${\text{NADPH,H}}^{+}$ الناتجين من المرحلة الكيموضوئية إلى سكريات ثلاثية.
4. جزء من السكريات الثلاثية المرجعة يستخدم في تركيب السكريات السداسية (تزايد إشعاع الهكسوزات)، والجزء الآخر يجدد RudiP خلال تفاعلات حلقية (حلقة كالفن).

الجواب يندمج في تفاعلات المرحلة الكيموحيوية: يتثبت CO2 على RudiP مشكلاً جزيئتين من APG، حيث يرجع بواسطة ATP و NADPH,H+ الناتجين من المرحلة الكيموضوئية؛ يستخدم جزء من السكريات الثلاثية المرجعة في تركيب السكريات السداسية، ويستخدم الجزء الآخر في تجديد RudiP خلال تفاعلات حلقية (حلقة كالفن).

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية

1. المرحلة الكيموضوئية (غشاء التيلاكويد): طاقة ضوئية، تحلل الماء، طرح O2، إنتاج ATP و NADPH.
2. المرحلة الكيموحيوية (الحشوة): حلقة تثبيت CO2 على RudiP وإعطاء APG ثم إرجاعه بـ ATP و NADPH.
3. الناتج: مادة عضوية تحتوي طاقة كيميائية كامنة، مع تجديد RudiP، وعودة ADP و NADP+ إلى التيلاكويد.

الجواب رسم: في التيلاكويد (المرحلة الكيموضوئية) طاقة ضوئية + H2O تنتج O2 و ATP و NADPH؛ هذه النواتج تنتقل إلى الحشوة (المرحلة الكيموحيوية: حلقة كالفن) حيث يتثبت CO2 على RudiP ويعطي APG ثم مادة عضوية تحتوي طاقة كيميائية كامنة.

التركيب الضوئي: المرحلتان الكيموضوئية والكيموحيوية