تعليلات مادة الأحياء (حيا 316): لماذا ينجذب الرأس القطبي للماء؟ لماذا تتنافر الذيول غير القطبية؟ لماذا الكلوروفيل أخضر؟ لماذا يحتاج الجلوكوز لدورتين كربس؟ ولماذا يتأثر الذكور أكثر بالصفات المتنحية المرتبطة بالجنس؟ مع أمثلة قصيرة تسهّل الحفظ والفهم.
أولًا: الغشاء البلازمي وبنية الخلية
يتكون الغشاء من ليبيدات مفسفرة ذات رؤوس قطبية وذيول غير قطبية؛ لذلك ينجذب الرأس القطبي للماء لأنه قطبي مثله، بينما تتنافر الذيول غير القطبية عن الماء. هذا الترتيب الثنائي يُنشئ حاجزًا انتقائيًا: سطح الغشاء قطبي ووسطه غير قطبي، فيُعيق مرور المواد الذائبة في الماء مباشرة، ويحافظ على ثبات بيئة الخلية. وجود الكوليسترول بين الذيول يمنع التصاقها وينظّم ميوعة الغشاء للمحافظة على الاتزان الداخلي. الشكل النهائي فسيفسائي بسبب تنوّع المكونات (ليبيدات/بروتينات/سكريات).
داخل الخلية، تُضاعف الطيات في الشبكة الإندوبلازمية والغشاء الداخلي للميتوكوندريا مساحة السطح لرفع الكفاءة. لا يُعد الريبوسوم عضيًا غشائيًا لافتقاره للغشاء، ومع ذلك ينجز تركيب البروتين. تندمج الحويصلات بالغشاء لإضافة بروتينات الغشاء أو لإخراجها خارج الخلية، بينما تبقى حويصلات أخرى إذا احتوت إنزيمات لازمة داخل الخلية.
ثانيًا: البناء الضوئي – لماذا وما الذي يحدث؟
يختلف تركيب الكلوروفيل قليلًا بين الجزيئات لتمكين امتصاص مناطق محددة من الطيف المرئي؛ وبما أنه يمتص البنفسجي/الأزرق ويعكس الأخضر، تبدو الأوراق خضراء. في الخريف يتحلل الكلوروفيل، فتظهر أصباغ أخرى فتبدو الأوراق صفراء/برتقالية. تتسع مساحة غشاء الثايلاكويد للاحتفاظ بناقلات إلكترونات عديدة.
تحلل الماء ضروري لتوفير إلكترونات لسلسلة النقل وأيونات هيدروجين (+H) لبناء ATP. عندما يرتفع تركيز +H داخل الثايلاكويد، تعود إلى السترومة تبعًا لتدرج التركيز عبر ATP synthase. لا تُترك الطاقة في ATP وNADPH طويلًا لأنها غير مستقرة للتخزين؛ لذا تُنقل إلى الجلوكوز. وبعض نباتات البيئات الحارة تعتمد مسارات بديلة: C4 تثبّت CO2 في مركبات رباعية الكربون وتنقله لخلايا خاصة لتزويد دورة كالفن.
ثالثًا: التنفس الخلوي – أين ولماذا الفروق؟
في وجود الأكسجين، ينتقل البيروفيت للميتوكوندريا ليُستكمل الأيض في دورة كربس. يحتاج جزيء جلوكوز واحد دورتين من كربس لأنه يُنتج جزيئين بيروفيت. قد يصل الناتج النهائي إلى ~38 ATP في بدائيات النوى (نقل الإلكترونات على الغشاء الخلوي)، وحوالي 36 ATP في بعض خلايا حقيقيات النوى بسبب استهلاك طاقة لنقل +NADH من السيتوبلازم. في خلايا الدم الحمراء يحدث تنفس لا هوائي لغياب الميتوكوندريا، وتستمر عملية التحلل السكري بفضل التخمّر الذي يعيد توليد +NAD، ما يفسر التعب العضلي المترافق مع تراكم حمض اللاكتيك.
رابعًا: الوراثة والارتباط بالجنس
يشكل الانقسام المنصف تراكيب جينية جديدة عبر العبور الجيني في الطور التمهيدي الأول والتوزيع الحر للأليلات. لذلك قد لا تكون الكروماتيدات الشقيقة متطابقة تمامًا. صفة البذور الصفراء في تجارب مندل سائدة فحجبت الخضراء في الجيل الأول. الذكور غالبًا أشد تأثرًا بالصفات المتنحية المرتبطة بالجنس لأن لديهم كروموسوم X واحدًا، بينما تمتلك الإناث X مزدوجًا فيخفي أحدهما الصفة المتنحية في الغالب. وتتأثر بعض الصفات بالبيئة: مناطـق القطة الأبرد أغمق لونًا لأن الجين المنتج للصبغة ينشط في البرودة.
خامسًا: الوراثة الجزيئية – من DNA إلى بروتين
يلتف DNA بإحكام حول الهستونات ليناسب النواة. يوصف تضاعفه بأنه شبه محافظ: كل جزيء جديد يحوي شريطًا أصليًا وآخر حديثًا، وشبه متقطع لأن أحد الشريطين يُنسخ باستمرار والآخر على هيئة قطع. أول خطوة للتعبير الجيني: النسخ من DNA إلى mRNA في النواة، ثم يخرج mRNA (بعد تنقيح أجزاء غير فعالة) إلى السيتوبلازم للترجمة. يجب أن توفّر الشيفرة الوراثية ما لا يقل عن 20 شيفرة للأحماض الأمينية لصناعة البروتينات، وتحتاج الفيروسات لخلايا حيّة لحقن مادتها الوراثية والتكاثر.
خلاصة ونصائح سريعة
- اربط التعليل بالمفهوم الأساسي: قطبية/لاقطبية، تدرج تركيز، استقرار طاقة.
- خصّص بطاقات سريعة لكل عنوان: غشاء – بناء ضوئي – تنفس – وراثة – جزيئية.
- تدرّب على أسئلة “علّل” بعبارات قصيرة مباشرة ثم مثّل بمثال مختصر.
