معلومة

هل تكسر الأسماك جزيء الماء لامتصاص الأكسجين؟

هل تكسر الأسماك جزيء الماء لامتصاص الأكسجين؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كيف تفصل الأسماك الأكسجين عن H.20 & تستهلكها؟ هل يكسرون جزيء الماء ويمتصون الأكسجين فقط؟


أعتقد أن الجواب على هذا ، هو أنهم لا يفعلون ذلك.

يستخدمون الأكسجين الجزيئي (O2) مذاب في الماء من أجل التنفس ، حيث يعمل كمستقبل نهائي للإلكترون ، تمامًا كما نستخدم الأكسجين الجزيئي في الهواء للتنفس. يمكننا التحدث عن الماء على أنه كائن مؤكسج.

ماء يكون الانقسام في عملية التمثيل الضوئي ، حيث تقليل المكافئات من الماء تستخدم لتقليل NADP+ (إعطاء NADPH).

أحد أعظم اكتشافات علم الأحياء ، IMO ، هو أن الأكسجين الذي يتكون في عملية التمثيل الضوئي للنباتات الخضراء يأتي من الماء وليس من ثاني أكسيد الكربون2.

دورة حمض الكربوكسيل (دورة كريبس) التشدق

على الرغم من الادعاءات التي تشير إلى عكس ذلك ، فإن أكثرها شهرة من قبل Racker (1976 ، ص 28 - 29) و Wieser (1980) ، ولكن أيضًا بواسطة Madeira (1988) و Mego (1986) على سبيل المثال ، ليس الانقسام في دورة حمض الكربوكسيل (دورة كريبس). يبحر Banfalvi (1991) أيضًا بالقرب من الريح في هذه السفينة.

وهذا يعني أن الحد من المكافئات من الماء ليس تنتقل عبر سلسلة الجهاز التنفسي ، أو تستخدم بأي شكل من الأشكال لصنع ATP ، أو بأي شكل من الأشكال "مصدر" للطاقة الحرة. مثل هذه الادعاءات ، IMO ، هي هراء.

الإجابات النهائية على ورقة Wieser (1980) مقدمة من Atkinson (1981) و Herreros & Garcia-Sancho (1981). كلتا هاتين المادتين هما نموذجان للوضوح ، وتدحضان بشكل قاطع ادعاءات Wieser (1980). ومع ذلك ، وكما يتضح من المراجع أعلاه ، فإن الخلاف يطفو على السطح بشكل دوري.

المصادر الوحيدة لمكافئات الاختزال في دورة TCA هي مركبات الكربون ، والإلكترونات الوحيدة التي تمر عبر السلسلة التنفسية هي تلك "المحتجزة" في روابط C-H و C-C (Herreros & Garcia-Sancho ، 1981). لا يعتبر التأين أكسدة ولا اختزالًا (انظر أتكينسون ، 1981) ولا يعتبر أيضًا ترطيبًا. إضافة الماء إلى (قل) الرابطة المزدوجة لا جعل المركب أكثر تأكسدًا أو اختزالًا. بقدر ما يتعلق الأمر بالأكسجين والإلكترونات ، وللتعميم من وجهة نظر بيولوجية ، فإن ما يحتويه هو - إلا في عملية التمثيل الضوئي.

كما قد تكون خمنت ، فإن تقسيم الماء في دورة TCA هو صرخة حيوان أليف. شكرا على فرصة بث آرائي!

تحرير 3

وجدت هذا عند البحث في Google (Brière وآخرون، 2006). في مراجعة مدعوة للمجلة الأمريكية لعلم وظائف الأعضاء (فسيولوجيا الخلية) في ذلك!

أخيرًا ، يجب أيضًا اعتبار دورة TCA كعملية لتقسيم الماء لتوليد الأكسجين لأكسدة acetyl-CoA [يقتبسوا من Wieser]

حتى الآن تنتج دورة TCA الأكسجين من الماء. لن تتوقف العجائب!

(نهاية تحرير)

(نهاية الخرف)

تحرير 2

كما لفت كل من روست وآلان بويد الانتباه إلى أن تركيز الأكسجين المذاب في الماء مهم للغاية ، ويختلف مع درجة الحرارة (على سبيل المثال).

في المخزن المؤقت المشبع بالهواء عند 25اC تركيز الأكسجين (O2 جزيئات) حوالي 0.24 ملي مول (0.24 ميكرولتر / مل ، أو حوالي 0.474 ميكروغرام ذرة أكسجين لكل مل). [تشابيل (1964)]. هذا الرقم يتناقص مع زيادة درجة الحرارة.

سؤال رائع ، راجع للشغل.

مراجع

(أعتذر عن مراجع أتكينسون وهريروس وجارسيا سانشو غير مكتملة. لدي نسخة من هذه الأوراق ولكن لم أتمكن من تتبع المصدر الكامل. كلاهما موجود في قسم "رسائل إلى المحرر" في طبعة فبراير 1981 من الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية. لا يبدو أنها موجودة في Pubmed أو في أي مكان آخر على الإنترنت. هل سبق لأي شخص أن شاهد هذه المراجع مقتبسة ، أو يمكنه تزويدني بمصدر كامل؟. سوف أقوم بالتحديث إذا وجدت أي شيء)

  • أتكينسون ، دي. (1981) ارتباك دورة TCA. الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية (طبعة فبراير 1981 ؛ المرجع الكامل للمتابعة)

  • بانفالفي ، جي. (1991) تحويل الطاقة المؤكسدة إلى طاقة مختزلة في دورة السيترات. التعليم البيوكيميائي, 19، 24 - 26 [انظر هنا] (يبدو أن ملف pdf مجاني للجميع)

  • Brière ، J.J. ، Favier ، J ، Gimenez-Roqueplo ، A.P. & Rustin ، P (2006) اختلال دورة حمض الكربوكسيليك كسبب للأمراض البشرية وتكوين الورم. أنا J Physiol Cell Physiol, 291، C1114-20. [Pubmed] [pdf]

  • Chappell (1964) أكسدة السترات ، isocitrate و cis-aconitate بواسطة الميتوكوندريا المعزولة. Biochem J., 90، 225-237. [منشور] [pdf]

  • Herreros، B. & Garcia-Sancho، J. (1981) TCA Cycle Confusion. الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية (طبعة فبراير 1981 ؛ المرجع الكامل للمتابعة)

  • ماديرا ، في. (1988) قياس العناصر المتكافئة لتقليل المكافئات وتقسيم الماء في دورة حامض الستريك. التعليم البيوكيميائي 16، 94-96 [pdf] (يبدو أنه مجاني للجميع.)

  • Mego ، JL (1986) دور الماء في تحلل السكر التعليم البيوكيميائي, 14، 130 - 131 (انظر هنا)

  • Racker ، E. (1976) نظرة جديدة على آليات الطاقة الحيوية. المطبعة الأكاديمية ، نيويورك.

  • Wieser (1980) أخطاء الكتاب المدرسي: تقسيم الماء بواسطة دورة حمض الكربوكسيليك. خطأ في الكتاب المدرسي أو حذف الكتاب المدرسي؟ الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية, 5 (العدد 11) ، 284. [انظر هنا]. [pdf] ، يبدو أنه مجاني للجميع.

تحرير 4

لم أتمكن من تحديد موقع المرجع الدقيق للغير مكتمل أتكينسون وهريروس وجارسيا سانشو المراجع المذكورة أعلاه ، ولكن رداً على هذا السؤال العظيم ، قمت بوضع نسخة من نسخة ممسوحة ضوئيًا سيئة للغاية هنا

إشارة أخرى كبيرة إلى هذا الجدل كان يجب أن أقتبس منها ما يلي:

  • لوسادا ، مانويل. (1978) أنظمة الأكسدة المحولة للطاقة وآلية الفسفرة المؤكسدة. الكيمياء الحيوية والطاقة الحيوية ، 5، 296-310 [ساينس دايركت].

ما يلي هو القسم المناسب ، لأولئك الذين ليس لديهم وصول:

نسخة أكثر اكتمالا من مرجع Racker المذكور أعلاه من قبل Losada (1978):

ومع ذلك ، يحتوي البيروفات على 4 هيدروجين فقط للتبرع بـ 2 أكسجين ومع نسبة P: O من 3 يجب أن ينتج عنها 6 جزيئات فقط من ATP (الجدول 1.2). من أين تأتي مركبات الهيدروجين الستة الأخرى بحيث يمكن تكوين 15 ATP؟ الإجابة على هذا السؤال تعطينا ما أعتقد أنه مفتاح اللغز لماذا صممت الطبيعة المخطط البهلواني المعقد لدورة كريبس. وأعتقد أن الغرض الرئيسي منه هو زيادة إنتاجية الطاقة عن طريق تحفيز انقسام الماء.

هناك ثلاث خطوات يدخل فيها الماء دورة كريبس. - أحدهما عند تحول الفومارات إلى مالات والآخران بشكل غير مباشر إلى حد ما أثناء استخدام أسيتيل CoA و succinyl-CoA. في سياق دورة كريبس ، يتم فصل الهيدروجين من جزيئات الماء هذه عن الأكسجين ويتم التبرع بها إلى DPN أو إلى بروتين فلافوبروتين (على سبيل المثال ، نازعة هيدروجين السكسينات) ثم يتم نقلها عبر سلسلة أكسدة الميتوكوندريا كإلكترونات وبروتونات كما سنناقش لاحقًا .

[راكر ، إي. (1976). نظرة جديدة على آليات الطاقة الحيوية ، ص 5-6 ، مطبعة أكاديمية].

IMO ، الجملة الأخيرة من هذا الاقتباس هي هراء كامل. (بالنسبة إلى DPN ، اقرأ NAD. DPN ، أو ديفوسبو-بيريدين-نيوكليوتيد (أو شيء قريب) ، هو اسم قديم لـ NAD)


تم تطوير طريقة جديدة لتقسيم الماء إلى الهيدروجين والأكسجين

يعد تصميم أنظمة فعالة لتقسيم المياه إلى هيدروجين وأكسجين ، مدفوعًا بأشعة الشمس ، من بين أهم التحديات التي تواجه العلم اليوم ، مما يدعم الإمكانات طويلة المدى للهيدروجين كوقود نظيف ومستدام. لكن الأنظمة التي من صنع الإنسان الموجودة اليوم غير فعالة للغاية وغالبًا ما تتطلب استخدامًا إضافيًا للعوامل الكيميائية القربانية. في هذا السياق ، من المهم إنشاء آليات جديدة يمكن من خلالها أن يحدث فصل الماء.

الآن ، النهج الفريد الذي طوره البروفيسور ديفيد ميلشتاين وزملاؤه في معهد وايزمان وقسم الكيمياء العضوية rsquos ، يوفر خطوات مهمة للتغلب على هذا التحدي. خلال هذا العمل ، أظهر الفريق طريقة جديدة لتوليد الروابط بين ذرات الأكسجين ، بل وحدد الآلية التي يتم من خلالها ذلك. في الواقع ، إن توليد غاز الأكسجين عن طريق تكوين رابطة بين ذرتين من الأكسجين تنشأ من جزيئات الماء هو الذي يثبت أنه عنق الزجاجة في عملية تقسيم الماء. تم نشر نتائجهم مؤخرًا في علم.

الطبيعة ، من خلال اتخاذ مسار مختلف ، قد طورت عملية فعالة للغاية: التمثيل الضوئي و ndash التي تقوم بها النباتات - مصدر كل الأكسجين على الأرض. على الرغم من إحراز تقدم كبير نحو فهم التمثيل الضوئي ، إلا أن كيفية عمل هذا النظام لا تزال غير واضحة ، فقد تم تكريس جهود واسعة النطاق في جميع أنحاء العالم لتطوير أنظمة التمثيل الضوئي الاصطناعية القائمة على المجمعات المعدنية التي تعمل كمحفزات ، مع نجاح ضئيل. (المحفز هو مادة قادرة على زيادة معدل التفاعل الكيميائي دون أن تُستهلك).

ينقسم النهج الجديد الذي ابتكره فريق Weizmann مؤخرًا إلى سلسلة من التفاعلات ، والتي تؤدي إلى تحرير الهيدروجين والأكسجين في خطوات متتالية مدفوعة بالحرارة والضوء ، بوساطة مكون فريد - مجمع معدني خاص فريق Milstein & rsquos مصممة في دراسات سابقة. علاوة على ذلك ، فإن المركب الذي صمموه & ndash مركبًا معدنيًا لعنصر الروثينيوم & ndash هو مركب & lsquosmart & rsquo يتعاون فيه المركز المعدني والجزء العضوي المرتبط به في انشقاق جزيء الماء.

وجد الفريق أنه عند خلط هذا المركب بالماء ، تنكسر الروابط بين ذرات الهيدروجين والأكسجين ، وينتهي الأمر بذرة هيدروجين واحدة بالجزء العضوي ، بينما ترتبط ذرات الهيدروجين والأكسجين المتبقية (مجموعة OH) بمركزها المعدني.

توفر هذه النسخة المعدلة من المجمع الأساس للمرحلة التالية من العملية: مرحلة & lsquoheat. & rsquo عندما يتم تسخين محلول الماء إلى 100 درجة مئوية ، يتم إطلاق غاز الهيدروجين من المجمع & ndash مصدرًا محتملاً للوقود النظيف & ndash وآخر تضاف مجموعة OH إلى المركز المعدني.

& lsquo ولكن الجزء الأكثر إثارة للاهتمام هو المرحلة الثالثة & lsquolight ، & rsquo & rsquo يقول ميلشتاين. & lsquo عندما عرّضنا هذا المركب الثالث للضوء في درجة حرارة الغرفة ، لم يتم إنتاج غاز الأكسجين فحسب ، بل عاد المركب المعدني أيضًا إلى حالته الأصلية ، والتي يمكن إعادة تدويرها لاستخدامها في تفاعلات أخرى.

تعتبر هذه النتائج أكثر إثارة للإعجاب بالنظر إلى أن توليد رابطة بين ذرتين من الأكسجين يعززهما مركب معدني من صنع الإنسان هو حدث نادر جدًا ، ولم يتضح كيف يمكن أن يحدث. ومع ذلك ، نجح ميلشتاين وفريقه أيضًا في تحديد آلية غير مسبوقة لمثل هذه العملية. أشارت تجارب إضافية إلى أنه خلال المرحلة الثالثة ، يوفر الضوء الطاقة اللازمة لجعل مجموعتي OH تتجمعان معًا لتكوين بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) ، والذي يتفكك بسرعة إلى أكسجين وماء. & lsquo نظرًا لأن بيروكسيد الهيدروجين يعتبر جزيءًا غير مستقر نسبيًا ، فقد تجاهل العلماء دائمًا هذه الخطوة ، معتبرين أنها غير قابلة للتصديق ولكننا أظهرنا خلاف ذلك ، & [رسقوو] يقول ميلشتاين. علاوة على ذلك ، قدم الفريق دليلًا يوضح أن الرابطة بين ذرتي الأكسجين تتولد داخل جزيء واحد وليس بين ذرات الأكسجين الموجودة على جزيئات منفصلة ، كما هو شائع & ndash وتأتي من مركز معدني واحد.

يعد اكتشاف محفز اصطناعي فعال لتقسيم الماء الناتج عن أشعة الشمس إلى أكسجين وهيدروجين هدفًا رئيسيًا لأبحاث الطاقة النظيفة المتجددة. حتى الآن ، أظهر فريق Milstein & rsquos آلية لتكوين الهيدروجين والأكسجين من الماء ، دون الحاجة إلى عوامل كيميائية كيميائية ، من خلال خطوات فردية ، باستخدام الضوء. في دراستهم التالية ، يخططون للجمع بين هذه المراحل لإنشاء نظام تحفيزي فعال ، مما يجعل من هم في مجال الطاقة البديلة خطوة مهمة أقرب إلى تحقيق هذا الهدف.

شارك في البحث طالب ما بعد الدكتوراه السابق ستيفان كول ، دكتوراه. الطالب ليونيد شوارتسبورد والفني يهوشوا بن دافيد جميعًا من قسم الكيمياء العضوية ، جنبًا إلى جنب مع العلماء ليف وينر وليونيد كونستانتينوفسكي وليندا شمعون ومارك أيرون من قسم دعم البحوث الكيميائية.

يتم دعم أبحاث البروفيسور ديفيد ميلشتاين ورسكووس من قبل مركز ماري وتوم بيك الكندي لأبحاث الطاقة البديلة ومركز هيلين ومارتن كيميل للتصميم الجزيئي. يشغل البروفيسور ميلشتاين منصب رئيس أستاذ الكيمياء العضوية في إسرائيل ماتز.

مصدر القصة:

المواد المقدمة من معهد وايزمان للعلوم. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


5.2 التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي

كيف يمكن استخدام الضوء لصنع الطعام؟ من السهل التفكير في الضوء على أنه شيء موجود ويسمح للكائنات الحية ، مثل البشر ، برؤيتها ، لكن الضوء هو شكل من أشكال الطاقة. مثل كل الطاقة ، يمكن للضوء أن ينتقل ويغير شكله ويتم تسخيره للقيام بالعمل. في حالة التمثيل الضوئي ، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ، والتي تستخدمها ذاتية التغذية لبناء جزيئات الكربوهيدرات. ومع ذلك ، فإن autotrophs تستخدم فقط مكونًا محددًا من ضوء الشمس (الشكل 5.8).

المفاهيم في العمل

شاهد عملية التمثيل الضوئي داخل ورقة في هذا الفيديو.

ما هي الطاقة الضوئية؟

تبعث الشمس كمية هائلة من الإشعاع الكهرومغناطيسي (الطاقة الشمسية). يمكن للإنسان أن يرى فقط جزءًا بسيطًا من هذه الطاقة ، والتي يشار إليها باسم "الضوء المرئي". يمكن وصف الطريقة التي تنتقل بها الطاقة الشمسية وقياسها على أنها موجات. يمكن للعلماء تحديد مقدار طاقة الموجة عن طريق قياس طولها الموجي ، والمسافة بين نقطتين متتاليتين متشابهتين في سلسلة من الموجات ، مثل من القمة إلى القمة أو من القاع إلى القاع (الشكل 5.9).

يشكل الضوء المرئي نوعًا واحدًا فقط من العديد من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الشمس. الطيف الكهرومغناطيسي هو نطاق جميع الأطوال الموجية الممكنة للإشعاع (الشكل 5.10). يتوافق كل طول موجي مع كمية مختلفة من الطاقة المحمولة.

لكل نوع من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي مجموعة مميزة من الأطوال الموجية. كلما كان الطول الموجي أطول (أو ظهر أكثر تمددًا) ، يتم نقل طاقة أقل. تحمل الموجات القصيرة والضيقة أكبر قدر من الطاقة. قد يبدو هذا غير منطقي ، لكن فكر في الأمر من منظور قطعة من الحبل المتحرك. لا يتطلب الأمر سوى القليل من الجهد من قبل الشخص لتحريك الحبل في موجات طويلة وواسعة. لجعل الحبل يتحرك في موجات ضيقة قصيرة ، سيحتاج الشخص إلى بذل المزيد من الطاقة بشكل ملحوظ.

تبعث الشمس (الشكل 5.10) نطاقًا واسعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية. تعتبر موجات الطاقة العالية خطرة على الكائنات الحية على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية ضارة بالبشر.

امتصاص الضوء

تدخل الطاقة الضوئية في عملية التمثيل الضوئي عندما تمتص الأصباغ الضوء. في النباتات ، تمتص جزيئات الصباغ الضوء المرئي فقط من أجل التمثيل الضوئي. الضوء المرئي الذي يراه البشر على أنه ضوء أبيض موجود في الواقع في قوس قزح من الألوان. تقوم أجسام معينة ، مثل المنشور أو قطرة ماء ، بتشتيت الضوء الأبيض لتكشف عن هذه الألوان للعين البشرية. تنظر العين البشرية إلى جزء الضوء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي على أنه قوس قزح من الألوان ، مع البنفسجي والأزرق أطوال موجية أقصر ، وبالتالي طاقة أعلى. في الطرف الآخر من الطيف باتجاه اللون الأحمر ، تكون الأطوال الموجية أطول ولديها طاقة أقل.

فهم الصبغات

توجد أنواع مختلفة من الأصباغ ، وكل منها يمتص فقط أطوال موجية معينة (ألوان) من الضوء المرئي. تعكس الأصباغ لون الأطوال الموجية التي لا تستطيع امتصاصها.

تحتوي جميع الكائنات الحية الضوئية على صبغة تسمى الكلوروفيل أ ، والذي يراه البشر على أنه اللون الأخضر المشترك المرتبط بالنباتات. الكلوروفيل أ تمتص الأطوال الموجية من أي من طرفي الطيف المرئي (الأزرق والأحمر) ، ولكن ليس من اللون الأخضر. لأن اللون الأخضر ينعكس ، يظهر الكلوروفيل باللون الأخضر.

تشمل أنواع الأصباغ الأخرى الكلوروفيل ب (التي تمتص الضوء الأزرق والأحمر البرتقالي) والكاروتينات. يمكن التعرف على كل نوع من الصباغ من خلال النمط المحدد للأطوال الموجية التي يمتصها من الضوء المرئي ، وهو طيف الامتصاص الخاص به.

تحتوي العديد من كائنات التمثيل الضوئي على مزيج من الأصباغ فيما بينها ، ويمكن للكائن الحي أن يمتص الطاقة من نطاق أوسع من أطوال موجات الضوء المرئي. لا تتمتع جميع الكائنات الحية الضوئية بوصول كامل إلى ضوء الشمس. تنمو بعض الكائنات الحية تحت الماء حيث تقل شدة الضوء مع العمق ، وتمتص المياه أطوال موجية معينة. تنمو الكائنات الحية الأخرى في المنافسة على الضوء. يجب أن تكون النباتات الموجودة في أرض الغابة المطيرة قادرة على امتصاص أي جزء من الضوء الذي يأتي من خلالها ، لأن الأشجار الأطول تحجب معظم ضوء الشمس (الشكل 5.11).

كيف تعمل التفاعلات المعتمدة على الضوء

الغرض العام من التفاعلات المعتمدة على الضوء هو تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. ستستخدم دورة كالفين هذه الطاقة الكيميائية لتغذية تجميع جزيئات السكر.

تبدأ التفاعلات المعتمدة على الضوء في مجموعة من جزيئات الصباغ والبروتينات تسمى نظام ضوئي. توجد أنظمة ضوئية في أغشية الثايلاكويدات. يمتص جزيء الصباغ في النظام الضوئي فوتونًا واحدًا ، أو كمية أو "حزمة" من الطاقة الضوئية ، في المرة الواحدة.

يسافر فوتون من الطاقة الضوئية حتى يصل إلى جزيء الكلوروفيل. يتسبب الفوتون في إثارة إلكترون في الكلوروفيل. تسمح الطاقة المعطاة للإلكترون بالتحرر من ذرة جزيء الكلوروفيل. لذلك يُقال أن الكلوروفيل "يتبرع" بإلكترون (الشكل 5.12).

لاستبدال الإلكترون في الكلوروفيل ، يتم تقسيم جزيء من الماء. يطلق هذا الانقسام إلكترونًا وينتج عنه تكوين الأكسجين (O2) وأيونات الهيدروجين (H +) في الفضاء الثايلاكويد. من الناحية الفنية ، يطلق كل كسر لجزيء الماء زوجًا من الإلكترونات ، وبالتالي يمكن أن يحل محل إلكترونين متبرعين.

يؤدي استبدال الإلكترون إلى تمكين الكلوروفيل من الاستجابة لفوتون آخر. تجد جزيئات الأكسجين التي يتم إنتاجها كمنتجات ثانوية طريقها إلى البيئة المحيطة. تلعب أيونات الهيدروجين أدوارًا مهمة في بقية التفاعلات المعتمدة على الضوء.

ضع في اعتبارك أن الغرض من التفاعلات المعتمدة على الضوء هو تحويل الطاقة الشمسية إلى ناقلات كيميائية سيتم استخدامها في دورة كالفين. في حقيقيات النوى وبعض بدائيات النوى ، يوجد نظامان ضوئيان. الأول يسمى نظام ضوئي II ، والذي تم تسميته بترتيب اكتشافه وليس لترتيب الوظيفة.

بعد أن يضرب الفوتون ، ينقل النظام الضوئي الثاني الإلكترون الحر إلى أول سلسلة من البروتينات داخل غشاء الثايلاكويد تسمى سلسلة نقل الإلكترون. عندما يمر الإلكترون على طول هذه البروتينات ، فإن الطاقة من الإلكترون تغذي مضخات الغشاء التي تحرك أيونات الهيدروجين بنشاط ضد تدرج تركيزها من السدى إلى فضاء الثايلاكويد. هذا مشابه تمامًا للعملية التي تحدث في الميتوكوندريا حيث تقوم سلسلة نقل الإلكترون بضخ أيونات الهيدروجين من سدى الميتوكوندريا عبر الغشاء الداخلي إلى الفضاء بين الغشاء ، مما يؤدي إلى إنشاء تدرج كهروكيميائي. بعد استخدام الطاقة ، يتم قبول الإلكترون بواسطة جزيء الصباغ في النظام الضوئي التالي ، والذي يسمى نظام الصور الأول (الشكل 5.13).

توليد ناقل للطاقة: ATP

في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، يتم تخزين الطاقة التي يمتصها ضوء الشمس بواسطة نوعين من الجزيئات الحاملة للطاقة: ATP و NADPH. يتم تخزين الطاقة التي تحملها هذه الجزيئات في رابطة تحمل ذرة واحدة للجزيء. بالنسبة لـ ATP ، فهي عبارة عن ذرة فوسفات ، وبالنسبة لـ NADPH ، فهي عبارة عن ذرة هيدروجين. تذكر أن NADH كان جزيءًا مشابهًا يحمل الطاقة في الميتوكوندريون من دورة حمض الستريك إلى سلسلة نقل الإلكترون. عندما تطلق هذه الجزيئات الطاقة في دورة كالفين ، تفقد كل منها ذرات لتصبح الجزيئات منخفضة الطاقة ADP و NADP +.

يشكل تراكم أيونات الهيدروجين في الفضاء الثايلاكويد تدرجًا كهروكيميائيًا بسبب الاختلاف في تركيز البروتونات (H +) والاختلاف في الشحنة عبر الغشاء الذي تخلقه. يتم حصاد هذه الطاقة الكامنة وتخزينها كطاقة كيميائية في ATP من خلال التناضح الكيميائي ، حركة أيونات الهيدروجين إلى أسفل تدرجها الكهروكيميائي من خلال إنزيم الغشاء ATP synthase ، تمامًا كما هو الحال في الميتوكوندريا.

يُسمح لأيونات الهيدروجين بالمرور عبر غشاء الثايلاكويد من خلال مركب بروتيني مضمن يسمى سينسيز ATP. هذا البروتين نفسه أنتج ATP من ADP في الميتوكوندريا. تسمح الطاقة المتولدة عن تيار أيون الهيدروجين بتصنيع ATP لربط فوسفات ثالث بـ ADP ، والذي يشكل جزيء ATP في عملية تسمى الفسفرة الضوئية. يسمى تدفق أيونات الهيدروجين عبر سينسيز ATP بالتناضح الكيميائي ، لأن الأيونات تتحرك من منطقة ذات تركيز مرتفع إلى منخفض عبر بنية شبه نفاذة.

توليد ناقل طاقة آخر: NADPH

الوظيفة المتبقية للتفاعل المعتمد على الضوء هي توليد جزيء حامل الطاقة الآخر ، NADPH. عندما يصل الإلكترون من سلسلة نقل الإلكترون إلى النظام الضوئي الأول ، يتم إعادة تنشيطه بفوتون آخر تم التقاطه بواسطة الكلوروفيل. تقود الطاقة من هذا الإلكترون تكوين NADPH من NADP + وأيون الهيدروجين (H +). الآن بعد أن تم تخزين الطاقة الشمسية في ناقلات الطاقة ، يمكن استخدامها لصنع جزيء السكر.


الجهاز التنفسي في العلجوم (مع رسم بياني) | علم الحيوان

التنفس هو تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الضفدع وبيئته. يؤخذ الأكسجين إلى الجسم وينطلق ثاني أكسيد الكربون. كل خلية من خلايا الجسم تخزن وتقلل من الأكسجين. بمساعدة الأكسجين ، يتأكسد الطعام المستوعب الذي يتم تخزينه داخل الخلايا ببطء.

والنتيجة هي تحرير الطاقة الحرارية وتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء. وهكذا عندما يتأكسد الجلوكوز ، يتحد جزيء الجلوكوز مع ستة جزيئات من الأكسجين لتكوين ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء.

هذا ليس كل شيء لأن جرامًا واحدًا من الجلوكوز ، عندما يتأكسد تمامًا في الجسم ، ينتج حوالي أربعة سعرات حرارية من الحرارة ، والتي يستخدمها الحيوان للقيام بأنشطته الأخرى. وبالتالي ، فإن التنفس ليس مجرد تبادل للأكسجين لثاني أكسيد الكربون ، ولكنه ينطوي أيضًا على تحويل وتشويه الطعام المقلوب إلى طاقة.

عندما لا يتوفر طعام احتياطي ، يحول الحيوان البروتوبلازم الخاص به إلى طاقة وبالتالي يفقد الوزن. يشار إلى أن مصدر الأكسجين هو الهواء ويتكون ثاني أكسيد الكربون في الأنسجة.

يحدث نقل الغازين من خلال وكالة الدم. بصفته & # 8216middle & shyman & # 8217 ، ينقل الدم الأكسجين من الهواء إلى الأنسجة ، وثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الهواء الخارجي.

يتم تبادل الأكسجين من الهواء لثاني أكسيد الكربون في الدم في أعضاء الجهاز التنفسي ويعرف بالتنفس الخارجي. يحدث التنفس الحقيقي ، الذي ينتج عنه إطلاق الطاقة ، في الأنسجة عن طريق تبادل الأكسجين من الدم لثاني أكسيد الكربون في الأنسجة. وهذا ما يُعرف بالتنفس الداخلي أو تنفس الأنسجة.

أثناء وجوده في الدم ، يتم نقل الأكسجين فعليًا عن طريق الدم والشيجلوبين في كريات الدم الحمراء. يتحد الهيموجلوبين مع الأكسجين لتكوين مركب غير مستقر يسمى أوكسي هيموجلوبين. في هذا الشكل ، يتم نقل الأكسجين إلى جميع خلايا الجسم. عندما يدور الدم عبر الشبكات الشعرية للأنسجة غير المؤكسجة ، يطلق الأكسجين غير المستقر الجزء الأكبر من الأكسجين وينخفض ​​إلى حالته السابقة.

ثم يتم إعادته إلى سطح الجهاز التنفسي لإعادة تحميله بالأكسجين الطازج. ينتشر الأكسجين الذي يتم تحريره من خلال الشعيرات الدموية في الليمفاوية ، والتي تتلامس مباشرة مع خلايا الجسم. تنفس الأنسجة يحدث الآن.

يتحد الأكسجين مع المواد الغذائية التي يتم تخزينها في الأنسجة لهذا الغرض. يتكون ثاني أكسيد الكربون مع إطلاق الطاقة. يحمل الليمف ثاني أكسيد الكربون وينتشر في الدم. يتم نقله بشكل رئيسي عن طريق بلازما الدم على شكل بيكربونات ثم يتم إطلاقه وطرده من خلال الشبكات الشعرية الموجودة على سطح الجهاز التنفسي.

نظرًا لأن الضفدع من البرمائيات ، فهو قادر على تلقي الأكسجين وإخراج ثاني أكسيد الكربون من ثلاثة أنواع من أعضاء الجهاز التنفسي.

(3) الغشاء المخاطي لتجويف الشدق.

يتم تزويد الصفة الرطبة والشيليوم لهذه الأعضاء بشكل غني بالشعيرات الدموية. يذوب الأكسجين الجوي في رطوبة سطح الجهاز التنفسي وينتشر في الدم ، من خلال الجدار الرقيق للشبكات الشعرية. ينتشر ثاني أكسيد الكربون في الدم في الاتجاه المعاكس.

التنفس الرئوي:

الأعضاء المعنية في التنفس الرئوي هي:

(5) غرفة الحنجرة الرغامية ،

الرئتان عبارة عن هياكل إسفنجية رقيقة الجدران تمتد للخلف إلى الجزء الأمامي من تجويف الجسم. هناك نوعان من الرئتين ، واحدة على كل جانب من القلب.

كل رئة عبارة عن كيس مرن وردي اللون متصل بقاعدة غرفة الحنجرة والقصبة الهوائية بواسطة أنبوب قصير يسمى القصبات الهوائية. تتواصل غرفة الحنجرة والقصبة الهوائية أو صندوق الصوت مع أرضية التجويف الشدقي عن طريق شق يشبه المزمار. يفتح التجويف الشدقي إلى الخارج والخجل من خلال الفتحات الداخلية والخارجية.

يتم تجويف الجدار الخارجي لكل رئة داخليًا لتوفير عدد لا يحصى من الغرف البسيطة التي تسمى الأكياس الهوائية أو الحويصلات الهوائية. يتلقى كل سنخ إمداد الدم الخاص به من فرع دقيق من الشريان الرئوي. الظهارة السنخية ، حاضرة وخجولة على سطح رطب ومزودة بشبكة شعرية وخجول ، تنفذ O2—CO2 تبادل.

آلية التنفس:

تتأثر تهوية الرئتين بعمليتين ، وهما استنشاق الهواء أو الشهيق وزفير الهواء أو الزفير.

تحدث العمليتان بالتناوب والخجل على ثلاث مراحل:

(1) يغلق الضفدع فمه ويخفض أرضية التجويف الشدقي ، وبالتالي يسحب الهواء عبر الفتحات الخارجية. يتم امتصاص هذا الهواء في التجويف الشدقي من خلال الفتحات الداخلية. مع بقاء المزمار مغلقًا ، لا يمكن للهواء المرور إلى الرئتين. وهذا ما يعرف بالطموح.

(2) الشفاط يتبعه الزفير. تنقبض عضلات الجذع بقوة على الرئتين المرنة. هذا يطرد الهواء الغني بـ CO2 من خلال المزمار الذي يفتح في هذه المرحلة. يصبح تجويف الشدق ، المليء بالفعل بالهواء الجوي المستنشق ، منتفخًا جدًا بهواء الزفير من الرئتين. يندفع مزيج من نوعي الهواء الآن من خلال فتحتي الأنف.

(3) يتبع انتهاء الصلاحية سريعًا بالإلهام. يتم إغلاق الفتحات الخارجية والخجولة بإحكام ويتم رفع أرضية التجويف الشدقي المنتفخ بالقوة. وهكذا يتم ضخ الهواء المختلط إلى الرئتين من خلال المزمار.

في الضفدع الحي ، يتم تحريك أرضية التجويف الشدقي باستمرار لأعلى ولأسفل ، ويظل الفم مغلقًا. هذا يعني أن الحيوان يتنفس. تحدث حركات الجهاز التنفسي بسبب إطالة وتراجع الجهاز اللامي الموجود على أرضية التجويف الشدقي.

يبدو أن الحيوان يستخدم رئتيه فقط عندما تكون هناك حاجة ماسة للأكسجين. وإلا فإنه يكتفي بالتنفس الشدقي. دائمًا ما يكون التجويف الشدقي منتفخًا بالهواء ويتم تزويد المذكرات المخاطية والشيبرين بشكل غني جدًا بالأوعية الدموية. ومن ثم يا2—CO2 يمكن أن يحدث التبادل بحرية في هذا الجزء.

بما أن الجلد يتعرض للهواء ، فلا حاجة إلى الحركة لمواصلة التنفس الجلدي. يستمر هذا في جميع الأوقات ولكنه مفيد بشكل خاص في الشتاء عندما يسبت الحيوان. تتنفس الضفادع الصغيرة من خلال الخياشيم. هذه هي النواتج الظهارية النحيلة التي تحتوي على شبكات الشعرية. نظرًا لأن الخياشيم تغمر باستمرار في الماء ، فيمكنها امتصاص الأكسجين وإخراج ثاني أكسيد الكربون.


خصائص الماء

الوصف الكيميائي للماء & # 8217s هو H2O. كما يوضح الرسم البياني على اليسار ، هذه ذرة واحدة من الأكسجين مرتبطة بذرتين من الهيدروجين. ذرات الهيدروجين & # 8220 موصولة & # 8221 إلى جانب واحد من ذرة الأكسجين ، مما ينتج عنه جزيء ماء له شحنة موجبة على الجانب حيث توجد ذرات الهيدروجين وشحنة سالبة على الجانب الآخر ، حيث توجد ذرة الأكسجين. يسمى هذا التوزيع غير المتكافئ للشحنة قطبية. نظرًا لأن الشحنات الكهربائية المعاكسة تجتذب ، تميل جزيئات الماء إلى جذب بعضها البعض ، مما يجعل الماء نوعًا من & # 8220 لاصق. & # 8221 كما يوضح الرسم البياني الأيمن ، فإن الجانب الذي يحتوي على ذرات الهيدروجين (الشحنة الموجبة) يجذب جانب الأكسجين (الشحنة السالبة) ) لجزيء ماء مختلف. (إذا كان جزيء الماء هنا يبدو مألوفًا ، فتذكر أن الفأر المفضل لدى الجميع هو الماء أيضًا). تُعرف خاصية الماء هذه باسم تماسك.

الماء ، السائل الذي يشيع استخدامه للتنظيف ، له خاصية تسمى التوتر السطحي. في جسم الماء ، يحيط كل جزيء بجزيئات الماء الأخرى ويجذبها. ومع ذلك ، على السطح ، هذه الجزيئات محاطة بجزيئات الماء الأخرى فقط على جانب الماء. يتم إنشاء التوتر عندما يتم سحب جزيئات الماء الموجودة على السطح إلى جسم الماء. يؤدي هذا التوتر إلى تصاعد الماء على الأسطح (الزجاج والنسيج) ، مما يبطئ ترطيب السطح ويمنع عملية التنظيف. يمكنك رؤية التوتر السطحي أثناء العمل عن طريق وضع قطرة ماء على سطح طاولة. ستحتفظ القطرة بشكلها ولن تنتشر.

في عملية التنظيف ، يجب تقليل التوتر السطحي حتى ينتشر الماء ويبلل الأسطح. المواد الكيميائية القادرة على القيام بذلك بشكل فعال تسمى العوامل النشطة السطحية ، أو السطحي. يقال إنها تجعل الماء & # 8220 ترطيب. & # 8221 تؤدي العوامل الخافضة للتوتر السطحي وظائف مهمة أخرى في التنظيف ، مثل التفكيك والاستحلاب (التشتت في الماء) وتعليق التربة حتى يمكن شطفها بعيدًا. يمكن أن توفر المواد الخافضة للتوتر السطحي أيضًا القلوية ، وهو أمر مفيد في إزالة التربة الحمضية.


قد تسمح لنا مادة امتصاص الأكسجين بالتنفس تحت الماء

باستخدام مواد بلورية مُصنَّعة خصيصًا ، ابتكر علماء من جامعة جنوب الدنمارك مادة قادرة على امتصاص وتخزين الأكسجين بتركيزات عالية بحيث يكفي دلو واحد لإزالة كل الأكسجين الموجود في الغرفة. المادة أيضًا قادرة على إطلاق الأكسجين المخزن بطريقة خاضعة للرقابة عند الحاجة ، لذلك يمكن أن تحل القليل من الحبوب محل حاجة الغواصين لحمل خزانات الغطس الضخمة.

المكون الرئيسي للمادة الجديدة هو عنصر الكوبالت ، المرتبط بجزيء عضوي مصمم خصيصًا. في الشكل القياسي - واعتمادًا على محتوى الأكسجين المتاح ، ودرجة الحرارة المحيطة ، والضغط الجوي - قد يستغرق امتصاص الأكسجين بواسطة المادة من محيطها أي شيء من ثوانٍ إلى أيام.

قالت الأستاذة كريستين ماكنزي من جامعة جنوب الدنمارك: "أحد الجوانب المهمة لهذه المادة الجديدة هو أنها لا تتفاعل بشكل لا رجعة فيه مع الأكسجين - على الرغم من أنها تمتص الأكسجين في ما يسمى بعملية انتقائية كيميائية". "المادة عبارة عن مستشعر وحاوية للأكسجين - يمكننا استخدامها لربط وتخزين ونقل الأكسجين - مثل الهيموجلوبين الاصطناعي الصلب."

يتغير لون المادة البلورية عند امتصاص الأكسجين أو إطلاقه: أسود عند التشبع ، وردي عند إطلاق الأكسجين (الصورة: جامعة الدنمارك)

يمكن أن يؤدي تغيير البنية المكونة للمادة أيضًا إلى ربط الأكسجين وإطلاقه بمعدلات مختلفة. هذا يعني أنه يمكن استخدامه لتنظيم إمداد الأكسجين في خلايا الوقود أو إنشاء أجهزة مثل أقنعة الوجه التي تستخدم طبقات من المادة لتوفير الأكسجين النقي للشخص مباشرة من الهواء ، دون الحاجة إلى معدات أخرى.

والأكثر إثارة للاهتمام ، أنه يمكن أيضًا تكوين المادة في جهاز يمكنه امتصاص الأكسجين مباشرة من الماء والسماح للغواص بالبقاء مغمورًا لفترات طويلة من الزمن ، بدون الحاجة إلى خزانات الهواء الضخمة.

يوضح البروفيسور ماكنزي: "قد يكون هذا مفيدًا لمرضى الرئة الذين يتعين عليهم اليوم حمل خزانات الأكسجين الثقيلة معهم". "ولكن قد يتمكن الغواصون أيضًا يومًا ما من ترك خزانات الأكسجين في المنزل وبدلاً من ذلك يحصلون على الأكسجين من هذه المادة لأنها" ترشح "وتركز الأكسجين من الهواء المحيط أو الماء. تحتوي بعض الحبوب على كمية كافية من الأكسجين لتنفس واحد ، وكما يمكن للمادة أن تمتص الأكسجين من الماء حول الغواص وتزود الغواص به ، ولن يحتاج الغواص إلى إحضار أكثر من هذه الحبوب القليلة ".

باستخدام تقنيات حيود الأشعة السينية للنظر داخل الترتيب الذري للمادة عندما تمتلئ بالأكسجين ، أدرك العلماء أنه بمجرد امتصاص الأكسجين ، يمكن تخزينه في المادة حتى يتم إطلاقه عن طريق تسخين المادة بلطف أو تعريضه للفراغ.

قال البروفيسور ماكنزي: "نرى إطلاق الأكسجين عندما نقوم بتسخين المادة ، وقد رأينا ذلك أيضًا عندما نطبق الفراغ". "نحن نتساءل الآن عما إذا كان يمكن أيضًا استخدام الضوء كمحفز للمادة لإطلاق الأكسجين - وهذا له آفاق في المجال المتنامي لعملية التمثيل الضوئي الاصطناعي."

لا توجد أي معلومات حتى الآن عن أي إنتاج تجاري محتمل أو إتاحة المواد للجمهور.

نشر البحث في مجلة الجمعية الملكية للكيمياء. العلوم الكيميائية.


توليد ناقل للطاقة: ATP

في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، يتم تخزين الطاقة التي يمتصها ضوء الشمس بواسطة نوعين من الجزيئات الحاملة للطاقة: ATP و NADPH. يتم تخزين الطاقة التي تحملها هذه الجزيئات في رابطة تحمل ذرة واحدة للجزيء. بالنسبة لـ ATP ، فهي عبارة عن ذرة فوسفات ، وبالنسبة لـ NADPH ، فهي عبارة عن ذرة هيدروجين. تذكر أن NADH كان جزيءًا مشابهًا يحمل الطاقة في الميتوكوندريون من دورة حمض الستريك إلى سلسلة نقل الإلكترون. عندما تطلق هذه الجزيئات الطاقة في دورة كالفين ، تفقد كل منها ذرات لتصبح الجزيئات منخفضة الطاقة ADP و NADP +.

يشكل تراكم أيونات الهيدروجين في الفضاء الثايلاكويد تدرجًا كهروكيميائيًا بسبب الاختلاف في تركيز البروتونات (H +) والاختلاف في الشحنة عبر الغشاء الذي تخلقه. يتم حصاد هذه الطاقة الكامنة وتخزينها كطاقة كيميائية في ATP من خلال التناضح الكيميائي ، حركة أيونات الهيدروجين إلى أسفل تدرجها الكهروكيميائي من خلال إنزيم الغشاء ATP synthase ، تمامًا كما هو الحال في الميتوكوندريا.

يُسمح لأيونات الهيدروجين بالمرور عبر غشاء الثايلاكويد من خلال مركب بروتيني مضمن يسمى سينسيز ATP. هذا البروتين نفسه أنتج ATP من ADP في الميتوكوندريا. تسمح الطاقة المتولدة عن تيار أيون الهيدروجين بتصنيع ATP لربط فوسفات ثالث بـ ADP ، والذي يشكل جزيء ATP في عملية تسمى الفسفرة الضوئية. يسمى تدفق أيونات الهيدروجين عبر سينسيز ATP بالتناضح الكيميائي ، لأن الأيونات تنتقل من منطقة ذات تركيز مرتفع إلى منخفض من خلال بنية شبه نفاذة.


جزئين من التمثيل الضوئي

يحدث التمثيل الضوئي على مرحلتين متتاليتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة للضوء. في ال ردود الفعل التي تعتمد على الضوء، يمتص الكلوروفيل الطاقة من ضوء الشمس ويتم تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كيميائية مخزنة. في ال تفاعلات الضوء المستقلة، فإن الطاقة الكيميائية التي يتم حصادها خلال التفاعلات المعتمدة على الضوء تدفع تجميع جزيئات السكر من ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، على الرغم من أن التفاعلات المستقلة للضوء لا تستخدم الضوء كمتفاعل ، إلا أنها تتطلب عمل نواتج التفاعلات المعتمدة على الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنشيط العديد من إنزيمات التفاعلات المستقلة عن الضوء بواسطة الضوء. تستخدم التفاعلات المعتمدة على الضوء جزيئات معينة لتخزين الطاقة مؤقتًا: يشار إليها باسم ناقلات الطاقة. يمكن اعتبار ناقلات الطاقة التي تنقل الطاقة من التفاعلات المعتمدة على الضوء إلى التفاعلات المستقلة عن الضوء على أنها & # 8220full & # 8221 لأنها غنية بالطاقة. بعد إطلاق الطاقة ، تعود حاملات الطاقة & # 8220 فارغة & # 8221 إلى التفاعل المعتمد على الضوء للحصول على المزيد من الطاقة. يوضح الشكل 6 المكونات داخل البلاستيدات الخضراء حيث تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء والمستقلة عن الضوء.

الشكل 6. يحدث التمثيل الضوئي على مرحلتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء ودورة كالفين. التفاعلات المعتمدة على الضوء ، والتي تحدث في غشاء الثايلاكويد ، تستخدم الطاقة الضوئية لصنع ATP و NADPH. تستخدم دورة كالفين ، التي تحدث في السدى ، الطاقة المشتقة من هذه المركبات لصنع GA3P من ثاني أكسيد الكربون2.

التمثيل الضوئي في محل بقالة

الشكل 7. الأطعمة التي يستهلكها الإنسان تنشأ من عملية التمثيل الضوئي. (الائتمان: Associação Brasileira de Supermercados)

يتم تنظيم متاجر البقالة الرئيسية في الولايات المتحدة في أقسام ، مثل منتجات الألبان واللحوم والمنتجات والخبز والحبوب وما إلى ذلك. يحتوي كل ممر (الشكل 7) على مئات ، إن لم يكن الآلاف ، من المنتجات المختلفة للعملاء لشرائها واستهلاكها.

على الرغم من وجود تنوع كبير ، يرتبط كل عنصر مرة أخرى بعملية التمثيل الضوئي. ترتبط اللحوم ومنتجات الألبان لأن الحيوانات كانت تتغذى على الأطعمة النباتية. يأتي الخبز والحبوب والباستا إلى حد كبير من الحبوب النشوية ، وهي بذور نباتات تعتمد على التمثيل الضوئي. ماذا عن الحلويات والمشروبات؟ تحتوي كل هذه المنتجات على السكر — السكروز منتج نباتي ، ثنائي السكاريد ، جزيء كربوهيدرات ، يتم إنشاؤه مباشرة من عملية التمثيل الضوئي. علاوة على ذلك ، لا يتم اشتقاق العديد من العناصر بشكل واضح من النباتات: على سبيل المثال ، المنتجات الورقية هي بشكل عام منتجات نباتية ، ويمكن اشتقاق العديد من المواد البلاستيكية (المتوافرة كمنتجات وتغليف) من الطحالب أو الزيت ، البقايا المتحجرة للكائنات الضوئية. تم إنتاج كل أنواع التوابل والنكهات تقريبًا في ممر التوابل بواسطة النبات كأوراق أو جذر أو لحاء أو زهرة أو فاكهة أو ساق. في النهاية ، يرتبط التمثيل الضوئي بكل وجبة وكل طعام يستهلكه الشخص.


علم الأحياء 171


تشمل العناصر في مجموعات مختلفة كل المواد ، بما في ذلك الكائنات الحية. تشمل بعض العناصر الأكثر وفرة في الكائنات الحية الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والكبريت والفوسفور. تشكل هذه الأحماض النووية والبروتينات والكربوهيدرات والدهون التي تعتبر المكونات الأساسية للمادة الحية. يجب أن يفهم علماء الأحياء هذه اللبنات الأساسية المهمة والهياكل الفريدة للذرات التي تتكون منها الجزيئات ، مما يسمح بتكوين الخلايا والأنسجة وأنظمة الأعضاء والكائنات الحية بأكملها.

تتبع جميع العمليات البيولوجية قوانين الفيزياء والكيمياء ، لذلك من أجل فهم كيفية عمل الأنظمة البيولوجية ، من المهم فهم الفيزياء والكيمياء الكامنة.على سبيل المثال ، يتبع تدفق الدم داخل الجهاز الدوري قوانين الفيزياء التي تنظم أنماط تدفق السوائل. إن تكسير الجزيئات الكبيرة والمعقدة من الطعام إلى جزيئات أصغر - وتحويلها لإطلاق طاقة لتخزينها في أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) - هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تتبع القوانين الكيميائية. تعتبر خصائص الماء وتكوين الروابط الهيدروجينية أساسية لفهم العمليات الحية. التعرف على خصائص الأحماض والقواعد مهم ، على سبيل المثال ، لفهمنا لعملية الهضم. لذلك ، فإن أساسيات الفيزياء والكيمياء مهمة لاكتساب نظرة ثاقبة على العمليات البيولوجية.

أهداف التعلم

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • افهم تركيب الجزيئات الكبيرة
  • اشرح الجفاف (أو التكثيف) وتفاعلات التحلل المائي

كما تعلمت ، الجزيئات البيولوجية هي جزيئات كبيرة ، ضرورية للحياة ، مبنية من جزيئات عضوية أصغر. هناك أربع فئات رئيسية من الجزيئات البيولوجية (الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية). كل منها مكون خلية مهم ويؤدي مجموعة واسعة من الوظائف. تشكل هذه الجزيئات مجتمعة غالبية الكتلة الجافة للخلية (تذكر أن الماء يشكل غالبية كتلتها الكاملة). الجزيئات البيولوجية هي جزيئات عضوية ، بمعنى أنها تحتوي على الكربون. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحتوي على الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين وعناصر ثانوية إضافية.

التوليف الجفاف

تتكون معظم الجزيئات الكبيرة من وحدات فرعية مفردة ، أو كتل بناء ، تسمى المونومرات. تتحد المونومرات مع بعضها البعض باستخدام روابط تساهمية لتكوين جزيئات أكبر تُعرف بالبوليمرات. عند القيام بذلك ، تطلق المونومرات جزيئات الماء كمنتجات ثانوية. هذا النوع من التفاعل هو تخليق الجفاف ، مما يعني "أن نتجمع معًا أثناء فقدان الماء".


في تفاعل تخليق الجفاف ((الشكل)) ، يتحد هيدروجين أحد المونومر مع مجموعة الهيدروكسيل لمونومر آخر ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء ماء. في الوقت نفسه ، تشترك المونومرات في الإلكترونات وتشكل روابط تساهمية. مع انضمام المونومرات الإضافية ، تشكل هذه السلسلة من المونومرات المتكررة بوليمرًا. يمكن أن تتحد أنواع المونومر المختلفة في العديد من التكوينات ، مما يؤدي إلى ظهور مجموعة متنوعة من الجزيئات الكبيرة. يمكن حتى لنوع واحد من المونومر أن يتحد بطرق متنوعة لتشكيل عدة بوليمرات مختلفة. على سبيل المثال ، مونومرات الجلوكوز هي مكونات النشا والجليكوجين والسليلوز.

التحلل المائي

تنقسم البوليمرات إلى مونومرات أثناء التحلل المائي. يحدث تفاعل كيميائي عند إدخال جزيء ماء عبر الرابطة. إن كسر الرابطة التساهمية مع جزيء الماء هذا في المركب يحقق ذلك ((الشكل)). خلال هذه التفاعلات ، ينقسم البوليمر إلى مكونين: جزء يكتسب ذرة هيدروجين (H +) والآخر يكتسب جزيء هيدروكسيل (OH-) من جزيء ماء منقسم.


يتم تحفيز تفاعلات الجفاف والتحلل المائي ، أو "تسريعها" بواسطة إنزيمات معينة تتضمن تفاعلات الجفاف تكوين روابط جديدة تتطلب طاقة ، بينما تكسر تفاعلات التحلل المائي الروابط وتطلق الطاقة. تتشابه هذه التفاعلات مع معظم الجزيئات الكبيرة ، ولكن كل تفاعل مونومر وبوليمر خاص بفئته. على سبيل المثال ، تتحلل الإنزيمات الحفزية في الجهاز الهضمي بالماء أو تكسر الطعام الذي نتناوله إلى جزيئات أصغر. هذا يسمح لخلايا الجسم بامتصاص العناصر الغذائية في الأمعاء بسهولة. إنزيم محدد يكسر كل جزيء كبير. على سبيل المثال ، يعمل الأميليز أو السكريز أو اللاكتاز أو المالتاز على تكسير الكربوهيدرات. إنزيمات تسمى البروتياز ، مثل البيبسين والببتيداز ، وحمض الهيدروكلوريك تكسر البروتينات. تحلل الليباز الدهون. توفر هذه الجزيئات الكبيرة المتكسرة الطاقة للأنشطة الخلوية.

اعرض التمثيلات المرئية للتحلل المائي وتخليق الجفاف (تفاعل الفلاش).

ملخص القسم

البروتينات والكربوهيدرات والأحماض النووية والدهون هي الفئات الأربع الرئيسية للجزيئات الكبيرة البيولوجية - وهي جزيئات كبيرة ضرورية للحياة يتم بناؤها من جزيئات عضوية أصغر. تتكون الجزيئات الكبيرة من وحدات مفردة يسميها العلماء المونومرات التي ترتبط بروابط تساهمية لتكوين بوليمرات أكبر. يعتبر البوليمر أكثر من مجموع أجزائه: فهو يكتسب خصائص جديدة ، ويؤدي إلى ضغط تناضحي أقل بكثير من الضغط الناتج عن مكوناته. هذه ميزة مهمة في الحفاظ على الظروف التناضحية الخلوية. ينضم المونومر إلى مونومر آخر مع إطلاق جزيء الماء ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة تساهمية. يطلق العلماء على هذه التفاعلات الجفاف أو التكثيف. عندما تنقسم البوليمرات إلى وحدات أصغر (مونومرات) ، فإنها تستخدم جزيء ماء لكل رابطة تكسرها هذه التفاعلات. هذه التفاعلات هي تفاعلات تحلل مائي. تتشابه تفاعلات الجفاف والتحلل المائي مع جميع الجزيئات الكبيرة ، ولكن كل تفاعل مونومر وبوليمر خاص بفئته. تتطلب تفاعلات الجفاف عادةً استثمارًا للطاقة لتكوين روابط جديدة ، بينما تحرر تفاعلات التحلل المائي عادةً الطاقة عن طريق كسر الروابط.

إستجابة مجانية

لماذا الجزيئات البيولوجية تعتبر عضوية؟

الجزيئات البيولوجية هي جزيئات عضوية لأنها تحتوي على الكربون.

ما الدور الذي تلعبه الإلكترونات في تخليق الجفاف والتحلل المائي؟

في تفاعل تخليق الجفاف ، يتحد هيدروجين أحد المونومر مع مجموعة الهيدروكسيل لمونومر آخر ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء. هذا يخلق فتحة في الغلاف الخارجي للذرات في المونومرات ، والتي يمكن أن تشارك الإلكترونات وتشكل روابط تساهمية.

الأحماض الأمينية لها البنية العامة الموضحة أدناه ، حيث تمثل R سلاسل جانبية مختلفة قائمة على الكربون.

صف كيف تسمح بنية الأحماض الأمينية بربطها في سلاسل طويلة من الببتيد لتكوين البروتينات.

يمكن ربط الأحماض الأمينية بسلاسل طويلة من خلال تفاعلات التكثيف. تتفاعل إحدى ذرات الهيدروجين المرتبطة بذرة النيتروجين للحمض الأميني مع مجموعة –OH المرتبطة بالكربون الطرفي على حمض أميني آخر. نظرًا لأن كلا طرفي الجزيء يمكن أن يشاركا في تفاعلات التكثيف ، يمكن تكوين روابط الببتيد في كلا الاتجاهين لإنشاء سلسلة طويلة من الأحماض الأمينية.

قائمة المصطلحات


12 فكرة حول كيفية تأثير الأوكسجين على سلوك الأسماك

شكرا لتخصيص آخر من المعلومات في. لتبسيط ما هو مفصل أعلاه ، إذا كنت تقوم بالصيد على سبيل المثال في عمود Epilimnion في درجات حرارة مياه أعلى من المعتاد ، سيكون الأكسجين المذاب المتاح أقل من عمود Metalimnion الذي قد يؤدي إلى تجنب الأسماك العمود الأعلى؟

صيح. ستحتفظ الأسماك بحوالي 1-2 متر فوق الخط الحراري في Epilmnion. إذا أصبحت درجة حرارة الماء دافئة جدًا في Epilmnion ، فسوف تنخفض بشكل أعمق إلى أعلى قمة Metalimnion.

شكرا على الرد. تتمتع سمكة الباس التي أصطادها في أستراليا بسمعة & # 8220 التخلص من اللقمة & # 8221 عندما ينخفض ​​الضغط الجوي إلى مستويات أقل من 1018. لقد قيل لي أن هذا بسبب توسع المثانة الهوائية وربما تقلص معدتهم ولكني لاحظت ذلك لمستك على الضغط الجوي سيكون له أيضًا تأثير على الأكسجين المذاب. قد يلعب هذا أيضًا دورًا في السلوك. قراءة ممتعة جدا شكرا مرة أخرى.

شكرا لردود الفعل الثاقبة. نظرًا لأن أي غواص يتم تعليمه أثناء التدريب ، فإن الضغط فوق سطح الماء ليس له أي تأثير على الضغط الذي تشعر به وأنت تنزل تحت الماء. لا يمكن أن يؤثر الضغط الجوي بالمثل على حجم المثانة العائمة لأن الماء غير قابل للانضغاط. الضغط البارومتري الذي يؤثر على محتوى الأكسجين المذاب هو تفسير معقول أكثر للأسماك & # 8220 التخلص من اللقمة & # 8221. أقرأ حاليًا كتابًا عن كيفية تأثير الضغط الجوي على سلوك الأسماك ، ولكي أكون صادقًا ، فهو يعتمد إلى حد كبير على الأدلة القصصية بدلاً من المبادئ العلمية الراسخة.

مقال آخر ممتاز. فيما يتعلق بموضوع الضغط الجوي وتأثيره على سلوك الأسماك - ألق نظرة على هذا http://midcurrent.com/science/the-pressure-myth/

شكرا توني. سوف نتحقق من ذلك.

بعض الأشياء من إنشاء 130 صفحة:

علاوة على ذلك ، تلاحظ باس ، Walleye ، جميع الأسماك تغيرات صغيرة في بيئتها. يشار إليها عادة باسم الحيوانات ذات الدم البارد - وهو مصطلح مضلل & # 8211 يشار إليه بشكل صحيح باسم "إيكتثرمس". هذه حيوانات ليس لديها آلية داخلية لتنظيم درجة حرارة الجسم مثل الأسماك والثعابين والسحالي والزواحف ودرجات حرارة أجسامها وعملية التمثيل الغذائي والكيمياء تتطابق مع البيئة المحيطة التي تعيش فيها بالاعتماد على الطاقة الشمسية التي تلتقطها البيئة (كل الطاقة العملية ، ومع ذلك يتجلى ، يأتي من الشمس والقمر).

على عكس المخلوقات ذوات الدم الدافئ ، ليس للأسماك طريقة مماثلة لموازنة الضغط الناتج عن الاضطرار إلى الحفاظ على عدم التوازن. اعتمادًا على المكانة التي تختارها أو نقطة البداية ، تصبح الأسماك ، أو تميل نحو النشاط عندما تكون أكثر دفئًا من المعتاد وغير نشطة - تتحرك ببطء & # 8211 عندما تكون أكثر برودة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تحافظ الأسماك على بعض الوعي بالطفو المحايد حتى تعمل في أفضل حالاتها. أكياس الغاز الداخلية هي تذكرة للحفاظ على طفو محايد. ينتج عن حركة الكثير من الأسماك لأعلى أو لأسفل في عمود الماء ، أو لفترة طويلة جدًا اختلالًا في ضغط الماء في الخارج وكمية الغاز داخل المثانة الغازية للأسماك التي تحتوي عليها. إجراء تعديل للحفاظ على الطفو المحايد يسبب الإجهاد.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما تتحرك السمكة فإنها تنتج الطاقة. تنتج حركة العضلات طاقة حرارية تعوض إلى حد ما درجات حرارة الجسم الطبيعية التي تتأثر بدرجات حرارة الماء الخارجية. عندما تحدث تغيرات بيئية ، يجب أن تتكيف الأسماك. يؤدي التعديل المفرط أو المستمر إلى إخراج أنظمتها من المأزق ، وتعيق النمو ، ولا يمكنها الحفاظ على أي إحساس بالوضع الطبيعي المناسب من مكان إلى آخر.

إذا كانت تلك البيئة تعيش في تغييرات جذرية وسريعة بما يكفي بطريقة أو أكثر ، فإنها تغلق جزئيًا أو كليًا أثناء إجراء تعديل على هذه التغييرات. مدى سرعة تكيفهم أو مقدار ما يحتاجون إليه للقيام بذلك يعتمد على العوامل التي سندخلها لاحقًا.
عادةً ما يتم إنشاء خط حراري أفقيًا في الطبقة الوسطى وهو جزء من طبقة من المياه تتمتع باستقرار عملي أكبر من أي جزء آخر من البحيرة.

يمكن أن يكون إعداد وعمق الخط الحراري (إن وجد) ضحلًا أو أعمق ، عاجلاً أم آجلاً في الموسم ، وطويل الأمد أو ليس طويلاً اعتمادًا جزئيًا على:

• قوة الرياح وعمل تيار الماء

• رسم المواقف والفيضانات

• درجة حرارة وحجم الماء في كل طبقة طبقية

• اتجاه أشعة الشمس ومدتها وزاويتها

• تكوين حوض البحيرة ومكونات القاع

ستخبرنا هذه الأشياء وتفاعلها كثيرًا عما يجري هناك.

يغرق الماء البارد لأنه أكثر كثافة وأثقل من الماء الدافئ. تتعرض المياه العميقة لضغط أكبر بكثير & # 8211 رطل لكل بوصة مربعة (رطل لكل بوصة مربعة) & # 8211 من الماء الأكثر دفئًا فوقه. أي شيء تحت الضغط يريد الهروب من هذا الضغط إذا أمكن ذلك. عندما تنخفض درجة حرارة الماء الضحل إلى نقطة حيث لم يعد لها عامل موازنة - الاحتفاظ بالقوة & # 8211 إلى جزء حجم الماء في المعادلة ، فإن الحجم الضحل ولكن الأكبر من الماء يكتسب وزنًا إذا جاز التعبير ، ويدفع لأسفل (الجاذبية) ) ، ويختلط بسرعة مع ما تحته. عند هذه النقطة ، ستكون جميع الطبقات متساوية في درجة الحرارة والكثافة واللزوجة - معدل دوران السقوط مرة أخرى.

كلما كانت الرياح أكثر انحدارًا وضيقًا وأقل توجيهًا لجزء حوض البحيرات ، كلما كان الجزء الضحل ، سيتم إنشاء الخط الحراري ، وسيحدث دوران الخريف هناك عاجلاً وأسرع. الاستثناء من هذا الإدخال هو المياه الملطخة. في حين أن الخط الحراري سيثبت بشكل ضحل في المياه الملطخة ، فإن جودة الاحتفاظ بالحرارة لمثل هذه المياه ستجعل الوقت حتى دوران أطول. في بعض الحالات ، لا يتم إعداد الخطوط الحرارية على الإطلاق. هذه الحالات هي العمق والحالي ذات الصلة ، إلى جانب تفاعل العوامل الأخرى المذكورة أعلاه بدرجة أو بأخرى.

يحتوي الماء الدافئ على أكسجين مذاب أقل من الماء البارد. ومع ذلك ، كلما نظرنا بشكل أعمق في عمود الماء ، يتبدد المزيد من الأكسجين الذائب. بصرف النظر عن المواد النباتية والحيوانية الميتة والمتعفنة التي تستهلك أي أكسجين موجود في الأعماق ، لا يمكن للرياح والموجات المسببة للأكسجين أن تمتزج بعمق ، والمياه الباردة أكثر كثافة ولزوجة تعمل كحاجز ، وضغط المياه العميقة يضغط جزيئات الأكسجين باتجاه مسار أقل قدر من المقاومة. كل هذه الإجراءات تطور مادة oxycline حقيقية وجذابة تمامًا مثل طرق ووسائل الاقتراب من الخط الحراري. تتفاعل clines الأخرى مثل الأس الهيدروجيني ، واختراق الضوء ، والطحالب ، وما إلى ذلك ، بشكل مشابه بالنسبة للديناميكا المائية ، والديناميكا الحرارية ويمكن أن تتحرك.

تمثل المياه التي تدخل البحيرة من خلال الجداول أو الينابيع الموجودة تحت الماء الاستقرار. لا تتأثر هذه المياه بالدوران. من نواح كثيرة ، هذه المياه عبارة عن نهر أو مجرى متدفق ، وغالبًا ما تكون أكثر دفئًا إلى حد ما ، وتحتوي على نسبة أكبر من الأكسجين لبعض المسافة في البحيرة. الينابيع تحت الماء لا تحتوي على الكثير من الأكسجين - على الفور & # 8211 أكسجين في حد ذاتها. ولكن ، إذا كان ضحلًا بدرجة كافية (أقل من 30 قدمًا) وإذا كان التدفق قويًا بما يكفي لخلط المياه المجاورة ، وسحب المياه السطحية لأسفل حول الحواف ، يتم إنشاء مزيج الأكسجين في هذه العملية. هذه المناطق لديها & # 8211 استقرارًا ثابتًا إلى حد ما. ثم يجب علينا أيضًا تضمين نمو الطحالب والأعشاب الضارة في الصورة الكبيرة.

الطحالب ، هي أيضًا نباتات مائية عملية تفكير.

هل تعلم أن معظم الأكسجين في عالمنا يأتي من أحد أشكال الطحالب؟ الكلوروفيل مقياس لعملية التمثيل الضوئي. الأكسجين هو نتيجة ثانوية لعملية التمثيل الضوئي. خارج تركيبة المغذيات المائية ، تعد الطحالب أقل أشكال الطاقة الحية المنتجة. الطحالب هي أيضا بكتيريا. توجد الطحالب في جميع المسطحات المائية. ليست كل أنواع الطحالب موجودة في جميع المسطحات المائية. تنتج الطحالب الحية الأكسجين. عندما تموت الطحالب ، أو عندما لا يكون هناك ضوء ، يحدث استنفاد للأكسجين. بعض الطحالب أكثر خضرة من غيرها. كلما كانت الطحالب أكثر خضرة ، زاد محتواها من الكلوروفيل: كلما زاد إنتاجها من الأكسجين ، كان ذلك أفضل كغذاء للمستهلكين الأساسيين. طحالب "المد الأحمر" سيئة السمعة هي قاتلة مطلقة. مستهلكو الطحالب الأولية هم إلى حد كبير العوالق الحيوانية. بعض الطحالب تطفو. بعض الطحالب معلقة. يتم نقل بعض الطحالب هنا وهناك ، صعودًا وهبوطًا بسبب الاضطرابات والرياح وشدة ضوء الشمس. تتأثر الطحالب بأشعة الشمس ودرجة حرارة الماء والكثافة والطبقات والتكوين الجزيئي للماء. يمكن لبعض الطحالب التحكم في وضعها في عمود الماء. يمكن لبعض الطحالب أن تتحرك بسرعة لتضع نفسها حيث يكون الضوء والمغذيات هي الأمثل للنمو. يمكن لبعض الطحالب التمثيل الضوئي في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة جدًا ، إما في عمق شديد في عمود الماء أو خلال تلك الأوقات من اليوم أو العام التي لا يكون فيها ضوء الشمس قويًا جدًا. الطحالب الزرقاء الخضراء مقارنة مع الطحالب الخضراء طعمها سيء للمستهلكين الأساسيين. بعض تكاثر الطحالب مفيد وبعضها كثيف ومزعج وحتى مميت. مرة أخرى ، تأكل العوالق الحيوانية الطحالب.

تختلف أنواع العوالق الحيوانية محليًا وموسميًا من حيث النوع والنوع
وفرة. ترتبط وفرة العوالق الحيوانية الموضعية وموضعها في عمود الماء ارتباطًا وثيقًا بمعيشة الطحالب. تأكل حياة الشاد والسمكة من جميع الأنواع العوالق الحيوانية. الأسماك الكبيرة تأكل الأسماك الصغيرة.

عندما تموت البكتيريا في منطقة نقص الأكسجين ، ستطلق خلاياها الفوسفور في عمود الماء. يوجد امتصاص للأكسجين ولكن لا يوجد امتصاص للفوسفور. هذا ما يسبب انخفاضًا في مستويات الأكسجين نتيجة تحلل الحياة النباتية والحيوانية. لن يصبح الفسفور مفيدًا مرة أخرى حتى ينتقل إلى منطقة بها ما يكفي من ضوء الشمس للسماح بحدوث عملية التمثيل الضوئي مرة أخرى. لا يؤثر مستوى الأكسجين في هذا العمق على ما إذا كان سيبدأ في الحدوث. يعتمد كليًا على اختراق الضوء ودرجة حرارة الماء ووجود الطحالب في الماء. ستحدد التيارات المتدفقة من المياه المتدفقة أو التيارات المدفوعة بالرياح مقدار الاختلاط الذي يحدث لإعادة هذا الفسفور من الأعماق ليصبح متاحًا مرة أخرى. عندما يتدحرج الماء بسبب التغيرات في درجة الحرارة ، فإن ارتفاع الماء سيجلب معه تدفقًا هائلاً من العناصر الغذائية. كما أن الماء الغاطس ينزل الأكسجين إلى أعماق العديد من البحيرات ويسمح للأسماك بالعيش على عمق أكبر بكثير مما كانت قادرة على العيش خلال أشهر المياه الأكثر دفئًا. ما ننظر إليه حقًا هو الأنماط الحالية ، وليس بالضرورة أنماط نمو الطحالب. التيارات هي التي تدفع شبكة الحياة. اتبع التيارات ، مهما كانت سببها. ينتهي الطعام هناك. كل الطعام وكل ما يأكله.

تصبح الطحالب & # 8220 خاملة & # 8221 (لعدم وجود كلمة أفضل) عندما لا يتم تلبية شروط النمو والتكاثر أو تجاوزها وتطفو مع التيارات في الماء وسوف تتواجد في جميع أنحاء عمود الماء. لا يخرجون من قاع البحيرة لأنهم لا يحتاجون إلى نظام جذر للتوليد منه. وهي تشمل جميع الأنواع التي تحدث بشكل طبيعي من النباتات التي تحملها المياه وستسود أنواع معينة في درجات حرارة وظروف مختلفة. بمجرد استيفاء هذه الشروط: درجة الحرارة والمغذيات وضوء الشمس ، ستنطلق الطحالب وتختبر & # 8220 bloom & # 8221. يتم تمثيل ذلك من خلال مرحلة النمو المفرط حيث تستهلك الطحالب الكثير من العناصر الغذائية المتاحة وبالتالي يزيل الكثير منها للاستمرار في النمو والازدهار. عندما يصبح هذا عبئًا على النظام ، سيموت قدر معين منهم أو يصبح خامدًا. عندما يحدث هذا ، فإن أول ما تفعله الخلية هو إلقاء الفوسفور الإضافي في الماء. سيؤدي هذا إلى ازدهار ثانوي ولكن أقل. سوف تميل الكتل المحتضرة والمتحللة إلى التكتل معًا وتتسبب في امتصاص (إزالة) الأكسجين من الماء.

هذا ما يجعل الأسماك تتعرض للإجهاد وتترك هذه المناطق أو ينتهي بها الأمر بالموت أيضًا. لذلك ، بينما تقوم الطحالب في البداية بتجديد الأكسجين الموجود في الماء من خلال عملية التمثيل الضوئي ، فإنها ستصبح أيضًا عبئًا على النظام أيضًا عندما تموت وتتحلل. عندما يحدث دوران الخريف بسبب مياه التبريد ، يتم سحب الطحالب والمواد المغذية من الأجزاء العميقة من البحيرة من الأعماق وتتعرض لأشعة الشمس مرة أخرى. إذا لم يكن الماء شديد البرودة على السطح ، فإن الطحالب ستبدأ الدورة مرة أخرى. لكل درجة واحدة من التغير في درجة الحرارة لأعلى أو لأسفل ، هناك زيادة أو نقصان في النشاط البيولوجي بمقدار 10x. درجة الحرارة لها تأثير كبير حقًا في هذه الدورة.

نحن بحاجة إلى إلقاء نظرة على مزيج ما يحدث في الزمان والمكان على البحيرة. مزيج الماء والرياح وأي شيء آخر
يوازن المكونات الأخرى.

الأكسجين أو الركود. يشبه نوعًا ما ميزانًا بأذرع متعددة. إذا كانت الطحالب تقوم بالصباغة ، وإذا كانت الحشائش تموت ، ولكن تيار الرياح والماء قويان بما يكفي لمواجهة هذا الإجراء ، فقد تظل DO كافية لدعم بعض الحياة. إذا كانت الحشائش خضراء ، إذا كان
لقد ازدهرت الطحالب للتو وهي قريبة من نمو الحشائش ، إذا كانت الرياح تمزج الماء ، وكان تيار الماء يجلب المزيد من الأكسجين المذاب إلى تلك المنطقة ، فقد يكون هناك حمل زائد للأكسجين. تذكر
لا تحتاج الأسماك الصغيرة وسمك الطعم إلى نفس القدر من الأكسجين مثل الأسماك الكبيرة. يمكن للأسماك الكبيرة أن تدخل وتخرج من مواقع الأسماك الصغيرة للاستيلاء على وجبة.

كلما كبرت الأسماك كلما زاد الطلب على الصحة. إذا كان
سمكة صغيرة ليست هناك ، من المحتمل ألا تكون السمكة الكبيرة موجودة هناك أيضًا. إذا تمكنت السمكة الكبيرة & # 8217t من العثور على مستويات الأكسجين المذابة التي تحتاجها ، أو كان هناك حمل زائد من الأكسجين المذاب في مكان واحد ، فإنها تتحرك. في عملية النقل ،

يحصلون على المزيد أو أقل من الأكسجين من الوقوف دون حراك. يجب أن نزن
كل حالة على استحقاقها.


التنفس في الأسماك

التنفس هو عملية كيميائية حيوية يتم من خلالها أكسدة الطعام في الخلية بمساعدة الأكسجين لإنتاج الطاقة وثاني أكسيد الكربون (CO).2) كمنتج ثانوي. تتطلب جميع أنواع الوظائف البيولوجية مثل هذه الطاقة. تشارك الكربوهيدرات بشكل رئيسي في إنتاج الطاقة. في حالة عدم وجود الكربوهيدرات ، يتم إنتاج هذه الطاقة عن طريق أكسدة الدهون والبروتينات. يظهر هذا التفاعل أدناه من خلال المعادلات الكيميائية.

التنفس هو سمة من سمات الحياة ومؤشر لجميع الأنشطة البيوكيميائية في الجسم. ينطوي التنفس على تبادل غازين ، الأكسجين (O2) وثاني أكسيد الكربون (CO2). يتكون الجهاز التنفسي من جميع الأعضاء التي تشارك في الوظيفة. بناءً على وجود الأكسجين ، ينقسم التنفس إلى هوائي ولا هوائي.

في التنفس الهوائي ، يتم أخذ الأكسجين الحر من البيئة وينبعث ثاني أكسيد الكربون مع إنتاج الطاقة. يحدث هذا النوع من التنفس في معظم النباتات والحيوانات. تسمى الكائنات الحية التي تتنفس بهذه الطريقة الهوائية. ينتج حمض اللاكتيك عندما يتم استقلاب الجلوكوز في التنفس اللاهوائي. في هذه الحالة ، لا يلزم وجود أكسجين ولا يتكون ثاني أكسيد الكربون. يحدث هذا التنفس في بعض البكتيريا والطفيليات وما إلى ذلك. وتسمى هذه الكائنات اللاهوائية. يسمى غياب الأكسجين في الكائن الحي بالداء اللاهوائي.

مثل الحيوانات الأخرى ، يلزم توفير كمية كافية من الأكسجين لأنسجة الأسماك من أجل الأكسدة وإنتاج الطاقة. تشكل عضو تنفسي في الحيوانات لتلقي الأكسجين من أجل الأكسدة داخل الخلايا ولإدامة الحياة ولانبعاث ثاني أكسيد الكربون.

يتم تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الدم والماء (الهواء) عبر أعضاء الجهاز التنفسي. هذا النوع من التنفس يسمى الزفير. من خلال تبادل الدم وأنسجة وغازات الجسم ، يتم توليد الطاقة في الخلية والتي تسمى الاستنشاق.

في معظم الحيوانات ، يمكن ملاحظة وجود أعضاء خاصة للتحكم في التنفس. يتكون الجهاز التنفسي من هذه الأعضاء. هناك أربعة أنواع رئيسية من أعضاء الجهاز التنفسي في مملكة الحيوان. وهذه هي:

تمتلك الأسماك أعضاء تنفسية متطورة. تشبه العمليات الفسيولوجية للتنفس لدى الأسماك المختلفة تقريبًا تلك التي تحدث في الفقرات العلوية. ومع ذلك ، هناك اختلافات في أعضاء الجهاز التنفسي. الأسماك هي الفقاريات المائية الرئيسية وتتناول معظم الأكسجين المذاب من الماء. بعض الأسماك لديها القدرة على تنفس الهواء. الخياشيم هي أعضاء الجهاز التنفسي الرئيسية للأسماك. ومع ذلك ، فإن بعض الأسماك العظمية لها أعضاء تنفسية تساعدها على تنفس الهواء. تلعب الخياشيم دورًا مكملًا في الأسماك التي تتنفس الهواء. كجهاز تنفسي فعال ، يمكن للخياشيم استخدام ما يصل إلى 70٪ من الأكسجين المذاب في الماء المتدفق عبره. في البشر ، يمكن أن يدخل 25٪ من الأكسجين الموجود في الرئتين إلى التجويف الرئوي. تعتمد قدرة الخياشيم كعضو تنفسي في الأسماك على عاملين ، أي

1. طبيعة بنية الخياشيم والأوعية الدموية الشعرية

2. اغمر الخياشيم في تيار من الماء الجاري بحيث يمكن للأكسجين الطازج أن يتلامس دائمًا مع الخياشيم.

موقع الخياشيم في الأسماك

يشير صف الفتح الرأسي في الجدار الجانبي للبلعوم إلى وجود الخياشيم. تدخل كل فتحة بلعومية كيس خيشومي مفلطح يتصل بالخارج من خلال فتحات الخياشيم. يتم فصل الأكياس الخيشومية عن طريق الحاجز بين الفروع. هذه الحاجز أو الفجوات تحمل خيوط خيشومية إلى جدارها المقابل. عند طرف الرأس ، بين العينين والزعانف الصدرية ، توجد فتحات خيشومية خارجية.

عادة ما تكون الفتحات الخيشومية صغيرة ، ولكن في سيتورينوس (القرش المتشمس الضخم) ، الفتحات كبيرة جدًا ، تمتد من أعلى الجسم إلى أسفله. توجد فتحات خيشومية أخرى في الأقواس الخيشومية الخلفية. تحتوي معظم الأسماك الغضروفية على خمس فتحات خيشومية على كل جانب بالإضافة إلى spiracle ، ولكن بعض أسماك القرش ، مثل هيكسانشوس، لديها ستة فتحات خيشومية باستثناء spiracle و Heptranchias لديها سبعة أزواج من فتحات الخيشومية.

في معظم الأسماك الغضروفية ، وخاصة أسماك القرش ، تتعرض الحقيبة الخيشومية للخارج من خلال فتحات الخياشيم الخارجية الفردية ، وفتحات الخياشيم مغطاة بطيات جلدية خلفية.

تحتوي الأسماك العظمية على فتحات خيشومية بين البلعوم ولكنها لا تتعرض بشكل فردي للخارج. تتعرض كل هذه الفتحات إلى غرفة خيشومية مشتركة مغطاة بغطاء نباتي متحرك. تتعرض كل غرفة خيشومية للخارج بفتحة كبيرة. أوبرا الجانبين تتداخل أو تندمج. في بعض الأكتينوبتيجيانس ، يكون معدل تقارب هذا التداخل مرتفعًا جدًا بحيث يتم تقليل الفتحة الغامضة إلى فتحة دائرية ثنائية صغيرة (مثل أسماك ثعبان البحر).

يتكون الغطاء من أربعة عظام عريضة ومسطحة قد تحتوي أو لا تحتوي على أشعة نخامية طويلة على الجانب البطني. من بين الأسماك الغضروفية ، يوجد نبات الخيشوم في Holocephali. هذا الهيكل من الأوباركولام في هذه السمكة هو الحالة الخلالية للأسماك الغضروفية والعظمية. في هذه الحالة ، يكون الحاجز الفعلي بين الخياشيم أصغر وتكون الخياشيم في غرفة خيشومية عادية. في الجزء الخارجي من هذه الغرفة ، مثل الغطاء الخيشاني للأسماك العظمية ، يتم تغطيتها بحافة شبيهة بالجلد. يتم كشف كل غرفة خيشومية للخارج من خلال فتحة. السمكة العظمية لها أربعة خياشيم على كل جانب من رأسها. هذه الخياشيم مغطاة بأغطية خيشومية أو خيشومية مكشوفة من الخارج بواسطة فتحة.

أنواع الخياشيم

هناك نوعان من خياشيم الأسماك بناءً على الموقع ، بمعنى

(1) الخياشيم الداخلية- في هذه الحالة ، توضع الخياشيم داخل كيس الخياشيم (القرش) أو داخل الحجرات الخيشومية (هولوسيفالان والأسماك العظمية).

(2) الخياشيم الخارجية - تتطور الخياشيم الخارجية في العديد من الأسماك للتنفس في مرحلة اليرقات. على أساس التطوير ، يتم تقسيمه مرة أخرى إلى نوعين ، بمعنى

(أ) الخياشيم الخارجية الحقيقية - لا تعتمد على الخياشيم الداخلية ولكنها تتطور نتيجة لتطور الجلد. في مرحلة اليرقات ، بوليبتيروس و ليبيدوسرين لديهم خياشيم خارجية حقيقية. الرقم هنا أربعة أزواج. تنقرض هذه الخيشوم الخارجية مع نضوجها ، ولكن في مرحلة البلوغ ، بروتوبتروس يحتوي أيضًا على بقايا خيشومية خارجية. في بوليبتيروس ، توجد الخياشيم الخارجية الشبيهة بالأوراق على فتحة الخياشيم.

(ب) الإطالة من الخياشيم الداخلية: يتكون هذا النوع من الخياشيم عن طريق إطالة خيوط الخيشومية الداخلية وتقع خارج الجسم. تم العثور على هذه الخياشيم في بعض السلاخيان وأجنة بعض الأسماك العظمية البيوض. تتكون الخياشيم الخارجية الليفية الطويلة من جدار الفتحة الخيشومية للأجنة في الأسماك الغضروفية. تتدفق مياه البحر عبر هذا النوع من الهياكل الليفية وتلعب دورًا في التنفس.

في الأسماك الغضروفية الولودة (Selachian) ، تشارك هذه الأعضاء أيضًا في امتصاص العناصر الغذائية. في مرحلة اليرقات لبعض الأسماك العظمية البويضات (جيمنارخوس, كلوبيديس) والأسماك الأخرى التي تلعب دورًا في التنفس. في ال جيمنارخوس، يتكون نمو ليفي رقيق من الطرف الخيشومي للخياشيم الداخلية ويعمل كخياشيم خارجية.

ينقسم الخيشوم إلى أربعة أنواع بناءً على تركيبته ووظيفته ، بمعنى

(1) Hemibranch: الأكياس الخيشومية مفصولة بالحاجز بين الفروع. تحمل الجدران الأمامية والخلفية لكل حاجز صفوفًا من الخيوط الخيشومية. يُطلق على صف الخيوط الخيشومية على جانب واحد من الحاجز بين الفروع اسم hemibranch. ينقسم Hemibranch إلى نوعين ، بمعنى

(أ) نصفي الفك السفلي: عادةً ما يساعد نصفي الفك السفلي على إغلاق فتحة التنفس ويتلقى الدم المؤكسج. ينظم النصف الفك السفلي ضغط الدم في شرايين العيون عن طريق زيادة تركيز الأكسجين في دم الدماغ ويعمل كغدة صماء. يتكون معظمها من خلايا حمضية. في ال Lepisosteus، الشريان الكاذب الفك السفلي و النصف اللامي قريبان من بعضهما البعض ويتلقى الدم من الشريان اللامي وارد الشريان الخيشومي الأول. في سمك الحفش (أسيبينسر) ، لا يوجد اتصال بين الفك الكاذب الفك السفلي وشقي الفص اللامي. في هل أنا، لا يوجد اتصال مباشر بين البزاق الكاذب والشبكة الصادرة أو الأوعية الدموية الواردة. في هذه الحالة ، يربط الوعاء الدموي الخيشومي الكاذب الأوعية الدموية المدارية والعينية. بوليبتيروس لا يحتوي على الفك السفلي الكاذب.

(ب) Hemibranch Hyoidean: معظم الأسماك لديها مثل هذه الخياشيم. معظم خياشيم Elasmobranchii من النوع hemibranch. في سمك القرش ، يحتوي كل قوس خيشومي على أوعية دموية واردة واثنين من الأوعية الدموية الصادرة. في هذه الحالة ، يتم ترتيب 5-7 أزواج من الأكياس الخيشومية على كل جانب من الرأس وفي Rays (Rajifornes) يتم ترتيبها في اتجاه خطي. أسماك القرش والأشعة لها فتحة إضافية تسمى spiracle. ليس لها دور في التنفس. في Selachian ، انقرض أو برعم. في هولوسيفالان ، إنه مجاور للغطاء الزجاجي. معظم الأكتينوبتيرجي لا يمتلكها. أسيبنسر ، ليبيسوستيوس ، بوليودون و هل أنا لديهم مثل هذه الخياشيم. في سكافيرينشوس، يتم تقليله بشكل كبير. بوليوبتر لديه الفك الكاذب الفك السفلي ونصفي البزاق اللامي. Crossopterygian أخرى (باستثناء إلهبيدوسرين) لها نصفي بزاق اللامي. في لاتيماريا إنها صغيرة.

(2) الخياشيم الكاذبة: عندما يفقد الشعيب الخيطي قدرته التنفسية الفعلية ، يُطلق عليه اسم فرع كاذب. العديد من Actinoterigians ، مثل كاتلا كاتلا، لها خيشومية كاذبة مع خيشوم واحد أمام الخياشيم الأولى.

يتم تغطية الفروع الكاذبة بواسطة أغشية مخاطية حرة أو أحادية الطبقة. يتطور كليًا في المرحلة الجنينية المبكرة وفي المرحلة الجنينية ، يلعب دورًا في وظيفة الجهاز التنفسي ولكن في مرحلة البلوغ ، ليس له دور في التنفس. يتلقى الدم المؤكسج مباشرة من الشريان الأورطي الظهري ويتصل بالشريان السباتي والأوعية الدموية. يزيد من تركيز الأكسجين في الدم وينتقل عبر الشرايين السباتية إلى الدماغ والعينين ، مثل Wallago Attu ، Mystus aor ، Notopterus notopterus ، Channa.

في التراوت ، له هيكل يشبه المشط. في حالة الفرخ ، يتم تغطيته بظهارة بلعومية شديدة النضوب. في أسماك القد ، يتم تغطية الخياشيم الكاذبة بالكامل بواسطة الظهارة البلعومية وتشكل عضوًا غديًا يسمى rete mirabile. على الرغم من أنه ينشأ من أعماق أنسجة البلعوم ، إلا أنه ينشأ أيضًا من التكوين الدقيق للأنسجة الغدية. في حالة هل أنا، يتم تقليله وتغطيته بواسطة الظهارة المخاطية البلعومية. يلعب Pseudobranch دورًا مهمًا في ملء المضخة والتحكم في ضغط العين.

(3) هولوبرانش: عندما تتكون الخيشومية بأكملها من نصفي البزاق ، فإنها تسمى هولوبرشع. يحتوي الهولوبرشع على حاجز بين الفروع (مخفض في الأسماك المتقدمة) يحتوي جداره الأمامي والخلفي على خيوط خيشومية ذات أوعية دموية شعيرية غنية. يتكون الخيشوم بأكمله أو الخيشوم من غضروف أو قوس خيشومي عظمي. يحتوي كل قوس على خياشيم من الداخل وخيوط على شكل صفيحة غنية بالأوعية الدموية من الخارج.

تحتوي Elasmobranch عادة على 5 أزواج من فتحات الخياشيم ولكن الأسماك العظمية بها 4 أزواج من فتحات الخياشيم ولا توجد فتحات خيشومية. يقوم teleost بتطوير فتحة خيشومية خارجية واحدة ، وتشكيل غطاء يغطي الخياشيم على كل جانب من الرأس. هذه الأسماك لديها انخفاض في الحاجز بين الخيشوم وأصبح الشريان الخيشومي الصادر الملتحمة من الإلاسموبرانش وعاءًا دمويًا منفردًا.

(4) Lophobranch: حصان البحر (قرن آمون) وأسماك الغليون (سينجناثوس) لديها خيوط خيشومية مخفضة تشكل بنية بصيلات الشعر تشبه الوردة. ترتبط هذه العناقيد بأقواس خيشومية صغيرة. تسمى هذه الخياشيم الخياشيم العنقودية أو الخياشيم.

خياشيم الأسماك المختلفة

يختلف عدد الخياشيم وموقعها ووظيفتها باختلاف الأسماك. فيما يلي أوصاف الخياشيم في مجموعات الأسماك الرئيسية:

خياشيم لامبري (بتروميزونيداي)

هناك 6 أزواج من الخياشيم على كل جانب من لامبري. يتم تحرير هذه الأكياس الخيشومية في التجويف البلعومي. كل كيس مقسم بواسطة غشاء مجاور لجدار الجسم. بالإضافة إلى الحجاب الحاجز على الحافة الداخلية ، فإن الحقيبة الخيشومية لها خيوط خيشومية مرتبة شعاعيًا لها طيات صغيرة من طرف إلى آخر ، مما يزيد من مستوى التنفس. تحتوي الأكياس الخيشومية على بنية غضروفية تسمى السلال الخيشومية. من خلال هذا ، يتم تحقيق التواصل مع الخارج من خلال فتحة الخيشومية في غرفة الخيشومية.

يعيش لامبري كطفيلي معظم الوقت ، لذلك لا يستخدمون أفواه الماصة للتنفس لأنها مرتبطة بالأسماك المضيفة أو أشياء أخرى مثل الصخور. في لامبري ، يدخل الماء إلى الجهاز التنفسي من خلال الحقيبة الخيشومية ويخرج بنفس الطريقة. في الجلكيات البحرية ، يُرى أن الحقيبة الخيشومية تتقلص وتتوسع 50-70 مرة في الدقيقة أثناء ربطها بالفريسة ، ولكن في الجلكيات النهرية (لامبترا فلوفياتيليس) من 120 إلى 200 مرة في الدقيقة.

يدخل ماء الجهاز التنفسي كيس الخيشوم من خلال تدفق الماء ويتم طرد الماء عن طريق تقلص عضلة الضاغط الخيشومية المجاورة للسلة الخيشومية وانقسام داخل الحقيبة وانقباض العضلة العاصرة حول كل فتحة خيشومية. يدخل الماء أيضًا من خلال تقلص وتمدد كيس البلعوم الأنفي.

الخياشيم في Hagfish (Myxiniformes)

في هذه الحالة ، يتم تحويل الخياشيم إلى كيس خيشومي. يتم الكشف عن كيس منطقة الخياشيم في البلعوم. لديهم 6-15 زوجا من الخياشيم. يحتوي Myxine على 6 أزواج من كيس الخيشوم. لا تتعرض هذه الأكياس للخارج من خلال فتحة مثل الجلكى ، وتشكل كل كيس أنبوب انبعاث طويل. ثم يتحد أنبوب الانبعاث 6 الموجود على كل جانب معًا لتشكيل أنبوب مشترك ويتم تعريضه للخارج من خلال فتحة خيشومية واحدة.

الخياشيم في الأسماك الغضروفية

يوجد في الجيب الخيشومي عضو تنفسي يسمى الخياشيم. في أسماك القرش المختلفة ، يكون هيكل الأكياس الخيشومية من أنواع مختلفة. لديهم 5 أزواج من الحقيبة الخيشومية على الجانب الجانبي من رؤوسهم. يحافظ كل كيس خيشومي على الاتصال بالبلعوم من خلال فتحات فردية داخل الخيشومية و 5 فتحات خيشومية خارجية.

يتم إنتاج صف من الصفائح الخيشومية الأفقية من بطانة الغشاء المخاطي للحقيبة الخيشومية. يتم إثراء هذه الصفائح بكميات زائدة من الأوعية الدموية. في الجزء الأمامي أو كل كيس خيشومي ، هناك مجموعة من الصفائح الخيشومية وفي الخلف ، مجموعة أخرى من الصفائح الخيشومية. يتم فصل الأكياس الخيشومية عن طريق الحاجز بين الفروع. يميل الحاجز بين الفروع إلى أن يكون أطول في الطول من الصفائح الخيشومية أو الخيشومية. يحتوي كل حاجز بين الفروع على أقواس حشوية واحدة في نهاية البلعوم.

يحمل الجزء الخلفي من كل قوس الصفائح الأمامية للكيس الخيشومي والصفائح الخلفية للمجموعة الخلفية من الحقيبة الخيشومية التالية. تقع الحقيبة الخيشومية الأولى بين القوس اللامي وقوس الشعب الهوائية الأول ، وتقع الخيشومية الثانية بين القوسين الخيشومي الأول والثاني ، وتقع الحقيبة الخيشومية الثالثة بين الأقواس الخيشومية الثانية والثالثة ، وتقع الحقيبة الخيشومية الرابعة بين القوسين الثالث. أما الأقواس القصبية الرابعة والحقيبة الخيشومية الخامسة فهي بين الأقواس الخيشومية الرابعة والخامسة. يمكن رؤية نوعين من الخياشيم في أسماك القرش وهما:

1. هولوبرانش: يحتوي هذا النوع من الخياشيم على مجموعتين من الخياشيم أو الصفائح الخيشومية. هذا هو السبب في أنها تسمى الخياشيم الكاملة أو هولوبرانش. تحمل الأقواس الأربعة الخيشومية الأولى هولوبرانش.

2 - دمبرش أو نصفي البزاق: يحتوي هذا النوع من الخياشيم على مجموعة من الخياشيم أو الصفائح الخيشومية. يحمل القوس اللامي نصف فرعي واحد. آخر قوس خيشومي لا يحتوي على خياشيم. أثناء التنفس ، تنخفض أرضية التجويف الشدقي أو تنخفض ويتعرض الفم. ثم يدخل الماء بمعدل سريع ويملأ تجويف الشدق المفرط. بعد ذلك مباشرة ، يتقلص الفم والبلعوم. نتيجة لذلك ، يدخل الماء في كيس الخيشوم وبعد تبادل الغاز ، يخرج الخيشوم من خلال فتحة الخيشومية. عندما ينخرط الفم في عمل آخر (اصطياد الفريسة) ، توفر المعجزة مسارًا مفيدًا لدخول الماء من أجل التنفس.

جيالعلل في الأسماك العظمية

في هذه الحالة ، يوجد أربعة أزواج من الخياشيم في مؤخرة الرأس ، أربعة على كل جانب. الخياشيم على كل جانب مغطاة بغطاء خيشومي أو أوباركولام. فيما يلي وصف لبنية الخياشيم:

الجهاز التنفسي الرئيسي أو الهيكل المثالي للخياشيم

الخياشيم هي أعضاء الجهاز التنفسي الرئيسية للأسماك. يوجد صف من الفتحات الشبيهة بالشقوق في الجدار الجانبي للبلعوم ، أولها يسمى spiracle. يقع بين الفك السفلي والقوس اللامي. يقع الشق الثاني أو الشق اللامي بين القوس اللامي والقوس الخيشومي الأول. توجد الفتحات الخيشومية المتبقية بين الأقواس الخيشومية الخلفية. من الجدران الأمامية والخلفية لكل فتحة خيشومية ، يتم إنتاج نتوء ليفي غني بالدم حيث يتم تبادل الأكسجين المذاب وثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى الخياشيم ، يعمل الجلد والمضرب كأعضاء تنفسية.

كل هيكل خيشومي يشبه المشط وقوسه الخيشومي به صفوف من الخيوط الخيشومية. يحمل كل قوس خيشومي صفين من الخيوط الخيشومية. يحتوي سطح كل خيط خيشومي على العديد من الطيات الصغيرة التي تزيد من مساحة السطح الكلية للخيشوم لتبادل الغازات. تعتمد المنطقة التنفسية لخياشيم الأسماك على حجم وعدد الخيوط الخيشومية. يتم تطوير مناطق الجهاز التنفسي بناءً على عادات الأسماك. في الأسماك ، فإن مبدأ التنفس الخيشومي هو نفسه تقريبًا.

هيكل خياشيم Teleostean

عادة ما يحتوي teleost على أربعة أزواج من الخياشيم. يحتوي كل خيشوم على جناح سفلي كبير وجناح علوي أصغر يتألف بشكل أساسي من فصيلة خيشومية وخيشومية. يتكون الخيشوم المثالي للأسماك من الأجزاء التالية:

(1) جيلل راكر: يتطور الجراف الخيشومي عند الحافة الداخلية للقوس الخيشومي. هذا هو التعديل الذي يطرأ على الأسنان الجلدية. وهي مرتبة في صفين. اعتمادًا على النظام الغذائي وعادات الأكل ، يمكن أن تكون لينة ، رقيقة تشبه الخيوط أو صلبة ، مسطحة ومثلثة أو حتى تشبه الأسنان. يتم تغطية كل مجرف خارجيًا ببطانة طلائية مع براعم التذوق وخلايا إفراز المخاط. تساعد براعم التذوق الأسماك على فهم الطبيعة الكيميائية للمياه المتدفقة من خلال فتحة الخياشيم. يتم تطوير صغار الخياشيم في الأسماك التي تأكل الكائنات الصغيرة.

من المحتمل أن تتلف الخيوط الخيشومية أو تصبح غير فعالة عندما تدخل الكائنات الحية الصغيرة من خلال فتحة الخيشومية الداخلية أثناء السباحة. عادةً ما يشكل الخياشيم هيكلًا يشبه الغربال يتدفق من خلاله الماء فوق الخياشيم ويصفي الماء ويحمي خيوط الخياشيم الهشة من الجسيمات الصلبة. تظهر الأسماك المختلفة اختلافات في هيكل الجراف الخيشومي.

في الأسماك التي تتغذى على العوالق مثل Tenualosa ilisha، Gadusia، Goniolosa، Notopterus، Hypophthalmicthyes، يتحد الخياشيم لتشكيل مرشح. تحمل العديد من المصافي فرعي المرحلتين الثانية والثالثة من الخيشومية الأولية وتشكل شبكة كثيفة. في سمك البايك (ايسوكس) ، يتم تقليل الجراف الخيشومي لتشكيل هيكل عظمي صغير يمنع الجزيئات الكبيرة من الدخول. في الأنواع وثيقة الصلة ، لوحظ التكوين والاختلافات العددية لراكار الخيشومية.

الناضجة الوسا لديها حوالي 80 راكار الخيشومية في الجزء السفلي من القوس و الوسا فلاكس يحتوي على 30 جيل راكار. في سيتورينوس (سمك القرش المتشمس) و وحيد القرن (قرش الحوت) ، يبلغ طول الخيشومية 10-12 سم. في الحيتان ، يتم تسطيح هذه الخياشيم وتشكيلها وظيفيًا في صفائح بالين. لا تحتوي أسماك القرش الأخرى عادة على خيشومية راكار. تم تخفيضه في crossopterygians.

(2) قوس الخيشومية: كل قوس خيشومي محاط بأوعية دموية وعصب خيشومي صادر ووارد. إنه محاط خارجيًا بالعديد من الغدد المخاطية والخلايا الحمضية وظهارة سميكة أو رقيقة مع براعم التذوق. تختلف الأسماك التي تعيش في بيئات بيئية مختلفة من حيث عدد ومدى الغدد المخاطية وبراعم التذوق. يتكون كل قوس خيشومي من مجموعة واحدة على الأقل من الخاطف ومجموعة واحدة من العضلات المقربة التي تلعب دورًا في حركة خيوط الخيشومية (الصفائح الأولية) أثناء التنفس.

ترتبط العضلات المبعدة بالحافة القريبة لأشعة الخياشيم من خارج القوس الخيشومي. تتواجد العضلة المقربة في الحاجز بين الخياشيم وتدخل الشعاع الخيشومي المعاكس عن طريق عبور بعضها البعض. هناك نوعان معروفان من العضلات المقربة وترتيبها. في بعض teleosts مثل شانا ستراتوس ، ريتا ريتا، يتم إنشاء العضلة المقربة من قاعدة الأشعة الخيشومية على جانب واحد وتدخل الشعاع الخيشومي على الجانب الآخر بشكل غير مباشر. في بعض الأنواع الأخرى مثل لابيو روهيتا، Tenualosa ilisha ، Cyprinus carpioبسبب تضخم الحاجز بين الخياشيم ، يتم إنشاء هذه العضلة في منتصف الطريق من خلال الأشعة الخيشومية والمجاورة للأشعة الخيشومية على الجانب الآخر.

(3) خيوط الخيشومية أو الصفائح الأولية: يحتوي كل قوس خيشومي على صفين من خيوط الخيشومية أو الصفائح الخيشومية الأولية التي توضع خارج التجويف البلعومي. في معظم teleosts ، يكون الحاجز بين الصفائح بين صفين من الصفائح أقصر ، لذا فإن صفين من الصفائح مكشوفان عند نهايتيهما البعيدة. في لابيو روهيتا و تينوالوسا إليشا، الحاجز يمتد إلى النصف السفلي من الصفائح الأولية. نظرًا لتنوع الأطعمة ، يختلف حجم وشكل وعدد الصفائح الأولية باختلاف الأسماك.

الأنواع التي تعيش بنشاط وتعتمد كليًا على التنفس المائي (مثل كاتلا كاتلا ، سيرهنوس مريجالا ، والاغو أتو ، ميستوس سينغالا) لديها العديد من الخيوط الخيشومية الطويلة. ومع ذلك ، فإن الأسماك التي تعيش غير نشطة أو لديها أعضاء تنفسية هوائية لها خيوط قليلة ومخفضة. تتكون صفائح الخيشومية من نصفين متناوبين مع بعضهما البعض (على سبيل المثال لابيو روهيتا) أو قد تعلق على القوس الخيشومي (شانا ستراتوس).

عادة ما تكون الصفائح الخيشومية في كل صف مستقلة عن بعضها البعض. في لابيو روهيتاومع ذلك ، يتم دمج الصفائح من القاعدة إلى الحافة ، ولها فتحات ضيقة على شكل شق. في بعض أسماك الأنهار ، تعيد صفائح الخيشومية الأولية الانقسام وتشكل صفائح إضافية. يمكن أن تنقسم الصفائح في الوسط أو من القاعدة لتشكيل فرعين.

في بعض الأحيان تتحد ثلاثة إلى أربعة فروع لتشكل العديد من الفروع التي يمكن أن تشكل بنية تشبه الزهرة في أحد طرفيها. يعطي شعاع الخيشوم بنية قوية للصفائح الخيشومية الأولية. تتكون الخياشيم من عظام جزئية وغضاريف جزئية متصلة بقوس الخياشيم وترتبط ببعضها البعض بواسطة أربطة ليفية. ينقسم كل شعاع الخيشوم إلى فرعين. تشكل الحافة الأقرب مسارًا إلى الأوعية الدموية الخيشومية الصادرة.

(4) الصفائح الثانوية: تحتوي كل صفائح أو خيوط خيشومية أولية على العديد من الصفائح الثانوية على كلا الجانبين. هذه الصفائح لها هيكل مسطح يشبه الأوراق يعمل كمجال رئيسي لتبادل الغازات. اعتمادًا على الأنواع التي تعيش في موائل بيئية مختلفة ، يعتمد شكلها وحجمها وكثافتها على طول وحدة خيوط الخيشومية. عادة ما تكون الصفائح الثانوية خالية من بعضها البعض ولكنها قد تندمج في النهاية البعيدة للصفائح الأولية.

هناك 10-40 صفيحة ثانوية على كل جانب من الصفائح الأولية. هم كثيرون في الأنواع النشطة. تحتوي كل صفائح ثانوية على أوعية دموية مركزية أعضاء غنية تتكون من خلايا عمودية ومحاطة بغشاء قاعدي وظهارة خارجية. في بعض الأسماك ، تكون هذه الظهارة الصفائحية ناعمة ، لكن الأسماك الأخرى تكون غير متساوية ولديها حيد صغير وميكروفيلي.

تحتوي الظهارة الموجودة على سطح الصفائح الثانوية على أخاديد وحواف تساهم في زيادة مستوى التنفس. تتمثل إحدى السمات الهيكلية للخياشيم عن بُعد في وجود خلايا عمودية مفصولة بغطاء ظهاري على الجانب الآخر من الصفيحة. كل خلية لها جزء مركزي مع جزء ممتد في كل طرف. تسمى هذه الأجزاء المتضخمة بحواف الخلايا العمودية التي تتداخل مع الخلايا المحيطة وتشكل جدارًا من الأوعية الدموية في الصفيحة. تربط أعمدة مادة الغشاء الأساسي الصفائح الثانوية أفقياً بالغشاء الأساسي على الجانب الآخر وتعطي صلابة هيكلية للصفائح الثانوية.

أظهرت الدراسات أن الخلايا العمودية في كل صف من شانا تشكل فاصل كامل بين الأوعية الدموية. يساعد هذا النظام في تكوين تدفق مياه ضيق ويمكن أن يخلق تدفقًا عكسيًا للدم والماء على مستوى الدورة الدموية الدقيقة. تمنع هذه الخلايا العمودية تقلص وتمدد الفضاء الغني بالدم وتنظم نوع تدفق الدم من خلال الصفائح الثانوية.

(5) منطقة الخياشيم: يحدد العدد والحجم النسبي للصفائح الخيشومية منطقة التنفس لخياشيم الأسماك. يتم تحديد المساحة الإجمالية للخياشيم لأنواع الأسماك من خلال الطول الكلي للصفيحة الأولية ، وعدد الصفائح الثانوية ، ومتوسط ​​منطقة الصفيحة الثنائية. تختلف منطقة التنفس الكلية حسب موطن الأسماك. تحتوي أسماك السباحة الأسرع بشكل عام على مناطق خيشومية أكبر ولكل مم من الأنواع غير النشطة. يحتوي خيوط الخيشومية على العديد من صفائح الخيشومية. نصف مساحة الخياشيم لأسماك الجهاز التنفسي الهوائية تتناسب طرديا مع كفاءة نفاذية الخياشيم.

أثناء النمو البدني للأسماك ، مع زيادة وزن الجسم ، تزداد كفاءة الترشيح للخياشيم. تعتمد كفاءة الخياشيم كعضو تنفسي أيضًا على مسافة الانتشار. لهذا السبب ، يحدث إعاقة لتبادل الغازات بين الدم والماء. يتكون هذا الانسداد من الظهارة الصفائحية والأغشية القاعدية وحواف الخلايا العمودية ، وهو أقل شيوعًا في أسماك الجهاز التنفسي المائية منه في أسماك الجهاز التنفسي الهوائية.

تتمتع أسماك الجهاز التنفسي المائية بكفاءة انتشار أعلى بسبب مناطق الخياشيم الكبيرة ومسافات الانتشار الأقصر. ومع ذلك ، فإن أسماك الجهاز التنفسي الهوائية لها منطقة خيشومية أقصر ومسافة انتشار أوسع. وفقًا لـ Saxena (1958) ، فإن منطقة الخياشيم أصغر بكثير في أسماك الجهاز التنفسي الهوائية مثل Heteropneustes و كلارياس من الأسماك المائية.


شاهد الفيديو: معلومات عن الاسماك!! (ديسمبر 2022).