خانه
گاما

درسنامه آموزشی زیست شناسی هنرستان

پودمان 1: زیست شناسی و یاخته

بازدید23/4 K
تاریخ بروزرسانی1405/06/27

واحد یادگیری 1: شناخت جهان زنده

آیا می‌دانید؟

1- زیست‌شناسی چیست؟
2- ویژگی‌های مشترک جانداران چه مواردی هستند؟
3- سطوح سازمان‌یابی یک جاندار و ارتباط سطوح چگونه است؟
4- دانش زیست‌شناسی با چه روشی به دست می‌آید و این روش چه مراحلی دارد؟
5- بدن جانداران از چه موادی تشکیل شده است؟

هدف از این واحد یادگیری، آشنایی با شاخه‌های گوناگون زیست‌شناسی و شناخت ویژگی‌های مشترک جانداران شامل نظم و ترتیب، پاسخ به محرک، تولیدمثل، سازگاری، رشد و نمو، هم‌ایستایی و دریافت و مصرف انرژی است. همچنین با مراحل روش علمی آشنا می‌شوید. در ادامه، ترکیبات شیمیایی بدن جانداران به دو دسته غیرآلی (آب و نمک‌ها) و آلی (کربوهیدرات‌ها، لیپیدها، پروتئین‌ها و نوکلئیک اسیدها) بررسی می‌شود و نقش هر یک از این مولکول‌های زیستی در ساختار و عملکرد جانداران مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

استاندارد عملکرد

به‌کارگیری مراحل روش علمی و مقایسه ترکیبات شیمیایی بدن موجودات زنده از نظر ساختار و عملکرد 

زیست‌شناسی

شاخه‌های زیست‌شناسی، جانداران را از جنبه‌های گوناگونی مانند ساختار، عملکرد، رشد، تکامل و برهم‌کنش بین آنها و با محیط خود بررسی می‌کند. این بررسی‌ها در طی زمان گسترده شده‌اند و علوم‌زیستی را پدید آورده‌اند. برای مثال، علم بیوشیمی به بررسی ترکیبات تشکیل‌دهندۀ جانداران می‌پردازد. یاخته‌شناسی (سیتولوژی) علمی است که ساختار و عملکرد یاخته را مطالعه می‌کند. گروه‌های گوناگون جانداران مانند جانوران و گیاهان در شاخه‌های جانورشناسی و گیاه‌شناسی بررسی می‌شوند. علوم زیستی زیر مجموعۀ علوم‌تجربی است که از یافته‌ها و قوانین شیمی، فیزیک و ریاضی بهره می‌برد.

ویژگی‌های جانداران

گفت‌وگو کنید (صفحه 3 کتاب درسی)

 

دو جاندار مانند کبوتر و گل رز را بررسی و در گروه خود درباره ویژگی‌های مشترک آنها گفت‌وگو کنید. فهرستی از نتایج گروه خود در کلاس ارائه دهید.

گونه‌های بسیار متفاوتی از جانداران روی زمین وجود دارند؛ اما همه آنها دارای هفت ویژگی مشترک‌اند. این ویژگی‌ها شامل نظم و ترتیب، پاسخ به محرک‌های محیطی، تولید مثل، سازگاری با محیط، رشد و نمو، هم‌ایستایی (هومئوستازی) و دریافت و ذخیره انرژی است.

1- نظم و ترتیب

جانداران بسیار سازمان یافته‌اند. سطوح سازمان‌یابی یک جاندار در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1- سطوح سازمان‌یابی یک جاندار پریاخته‌ای

2- پاسخ به محرک‌های محیطی

جانداران به محرک‌های گوناگون پاسخ می‌دهند، برای مثال گیاهان می‌توانند به سمت منبع نور یک‌طرفه خم شوند (شکل 2).

شکل 2- پاسخ گیاه به نور یک‌طرفه

3- تولید مثل

همه جانداران تولیدمثل می‌کنند. به‌طور کلی در جانداران دو نوع تولیدمثل مشاهده می‌شود: تولیدمثل غیرجنسی و تولیدمثل جنسی. زاده‌ها در تولیدمثل غیرجنسی شبیه والد هستند؛ اما در تولیدمثل جنسی ممکن است زاده‌ها با والدین تفاوت داشته باشند (شکل 3).

شکل 3- تولید مثل غیرجنسی و جنسی

4- سازگاری با محیط

همه جانداران با محیط خود سازش نشان می‌دهند و به این ترتیب در محیط ماندگار می‌شوند، برای مثال خرطوم برخی پروانه‌ها به‌اندازه طول لوله گلی است که از شهد آن تغذیه می‌کنند (شکل 4)

شکل 4- نمونه‌ای از سازگاری در طبیعت

5- رشد و نمو

رشد به دلیل افزایش برگشت‌ناپذیر تعداد یا اندازه یاخته‌ها رخ می‌دهد و نمو به تغییراتی در یاخته‌ها، بافت‌ها و اندام‌ها برای گذر از یک مرحله زیستی به مرحله دیگر اشاره دارد.

6- هم‌ایستایی (هومئوستازی)

توانایی یک جاندار برای تنظیم و حفظ شرایط داخلی در محدودهای ثابت، هم‌ایستایی نام دارد. برای مثال بدن انسان هنگام افزایش قند خون با ترشح هورمون انسولین مقدار اضافی آن را کاهش می‌دهد؛ ولی هنگام کاهش قند خون، با آزادسازی هورمون گلوکاگون از افت آن جلوگیری می‌کند تا در یک محدوده ثابت باقی بماند.

7- دریافت و مصرف انرژی

همه جانداران برای انجام فعالیت‌های خود به منبعی از انرژی نیاز دارند. برخی جانداران که قادر به تبدیل انرژی نورانی به شیمیایی هستند، تولیدکننده نام دارند. برخی دیگر باید انرژی مورد نیاز خود را با تغذیه از جانداران دیگر به دست آورند که به آنها مصرف‌کننده گفته می‌شود.

کار کلاسی (صفحه 5 کتاب درسی)

 

سطوح سازمان‌یابی انسان را با استفاده از مثال دستگاه گردش خون ترسیم کنید.

روش علمی

زیست‌شناسی علمی تجربی است که دانش آن با روش علمی به‌دست می‌آید. روش علمی شیوه‌ای است که دانشمندان برای بررسی پدیده‌های طبیعی، پاسخ به پرسش‌ها و حل مسائل به‌کار می‌برند (نمودار 1). این روش فقط مخصوص زیست‌شناسی نیست، بلکه پایۀ همه علوم تجربی است و هدف آن رسیدن به نتیجه‌ای دقیق، قابل اعتماد و قابل تکرار است. مراحل اصلی روش علمی عبارت‌اند از:

نمودار 1- مراحل روش علمی

1- مشاهده و طرح پرسش

مشاهده، فرایند توجه آگاهانه به یک پدیده طبیعی، رویداد یا یک مسئله خاص است که نقطه شروع هر تحقیق علمی به شمار می‌رود. بر اساس مشاهده، پرسشی مطرح می‌شود.

2- جمع‌آوری اطلاعات

پژوهشگر اطلاعات پیشین، یافته‌های دیگران و دانش موجود در مورد مسئله را از منابع معتبر گردآوری می‌کند تا دید کامل‌تری نسبت به موضوع پیدا کند.

3- فرضیه‌سازی

فرضیه، توضیحی پیشنهادی و موقت برای پاسخ به پرسش پژوهش است. مهم‌ترین ویژگی یک فرضیه خوب، آزمون‌پذیر بودن آن است.

4- آزمون فرضیه

در این مرحله، یک آزمایش کنترل‌شده طراحی و اجرا می‌شود که در آن از متغیر (عامل تغییرپذیر) و گروه کنترل (شرایط ثابت) استفاده می‌کنند.

5- نتیجه‌گیری

در این مرحله، داده‌های حاصل از آزمایش تجزیه و تحلیل می‌شوند. نتیجه‌گیری شامل جمع‌بندی یافته‌ها و تصمیم‌گیری در مورد رد یا تأیید فرضیه اولیه است. اگر نتایج آزمایش با فرضیه همخوانی نداشت، فرضیه رد می‌شود و باید فرضیه جدیدی ارائه داد.

نظریه: فرضیه‌ای که بارها توسط دانشمندان مختلف آزمایش شده و به نتایج یکسان منجر شده است.

6- گزارش و انتشار نتایج

پژوهشگران یافته‌های خود را به همراه شرح کامل روش کار در مجلات معتبر علمی منتشر می‌کنند. این کار باعث می‌شود سایر محققان بتوانند نتایج را بازبینی، تکرار یا مبنای تحقیقات خود قرار دهند و در نهایت، دانش علمی گسترش یابد (نمودار 1).

باید توجه داشت که در علم، هیچ نتیجه‌ای به معنای اثبات قطعی نیست؛ یافته‌ها موقت هستند و با پیشرفت فناوری و کشف اطلاعات جدید، ممکن است تغییر یابند.

پژوهش کنید (صفحه 7 کتاب درسی)

 

به‌صورت گروهی، پرسشی را براساس رشته تحصیلی‌تان مطرح نمایید و چگونگی دستیابی به پاسخ این پرسش را با استفاده از روش علمی بررسی کنید.

کاربرد زیست‌شناسی

پژوهش‌های زیست‌شناسی به دو دسته پایه‌ای و کاربردی تقسیم می‌شوند. هدف زیست‌شناسی پایه، کشف قوانین بنیادین حیات است. زیست‌شناسی کاربردی از یافته‌های زیست‌شناسی پایه استفاده می‌کند تا مشکلات موجود را حل کند.

یکی از شگفت‌انگیزترین مثال‌های زیست‌شناسی کاربردی، سوسک بمب‌افکن (Bombardier Beetle) است (شکل 5) که یکی از شاهکارهای آفرینش محسوب می‌شود. ترکیب مهندسی شیمی، مکانیک و زیست‌شناسی در یک حشرۀ کوچک، آن را به یکی از جذاب‌ترین موجودات تبدیل کرده است. دو مخزن درون بدن سوسک، مواد شیمیایی واکنش‌پذیر ویژه‌ای را نگه می‌دارند. در صورت احساس خطر، این دو مایع وارد یک محفظه در انتهای شکم آن می‌شوند. ترکیب حاصل با دمای بالا (100 درجه سانتی‌گراد) به سمت عامل خطر پاشیده می‌شود. دانشمندان با مطالعه دقیق این حشره متوجه شدند که چگونه می‌توان یک افشانۀ هوشمند طراحی کرد. افشانه‌هایی که مواد را در لحظه و به‌موقع ترکیب کرده و می‌پاشند. کاربرد این فناوری در حوزه‌هایی مثل داروسازی، کشاورزی و صنعت بسیار مفید است.

شکل 5- سوسک بمب‌افکن

فعالیت عملی (صفحه 8 کتاب درسی)

 

در گروه خود، با مراجعه به منابع معتبر:
1- شاخه‌های مختلف علوم زیستی را به‌صورت یک پوستر یا دادهنما (اینفوگرافی) ارائه کنید.
2- مواردی از کاربرد زیست‌شناسی در حوزه‌های مختلف را شناسایی کرده و به‌صورت گزارشی در کلاس ارائه دهید.

ترکیبات شیمیایی بدن جانداران

ترکیبات شیمیایی موجود در بدن جانداران به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: ترکیبات غیرآلی (Inorganic compounds) ترکیبات آلی (Organic compounds) (نمودار 2).

ترکیبات غیرآلی معمولاً کربن ندارند و از نظر ساختاری ساده‌اند. این ترکیبات شامل آب، گازها (کربن دی‌اکسید و اکسیژن) و بسیاری از نمک‌ها هستند. آب مهم‌ترین و فراوان‌ترین ترکیب غیرآلی در همه جانداران است. ممکن است بتوان هفته‌ها بدون غذا زنده ماند؛ اما، بدون آب چند روز بیشتر نمی‌توان دوام آورد. تقریباً همه واکنش‌های شیمیایی بدن در محیطی آبی رخ می‌دهند. نمک‌ها ترکیبات غیرآلی هستند که در یاخته، اجزای آنها به‌صورت یونی وجود دارند. ترکیبات آلی مولکول‌هایی کربن‌دار هستند. به ترکیبات آلی مهم در بدن جانداران مولکول‌های زیستی می‌گویند.

نمودار 2- دو دسته اصلی ترکیبات شیمیایی بدن جانداران

گفت‌وگو کنید (صفحه 9 کتاب درسی)

 

با کمک همکلاسی‌های خود به پرسش‌های زیر پاسخ دهید:
1- کم‌آبی چه مشکلاتی در بدن ما ایجاد می‌کند؟
2- آب موردنیاز بدن برای هر فرد چه مقدار باید باشد و این آب از چه راه‌هایی تأمین می‌شود؟

پژوهش کنید (صفحه 9 کتاب درسی)

 

اطلاعاتی در مورد یون‌های زیر جمع‌آوری کرده و با توجه به نتایج پژوهش خود جدول زیر را تکمیل کنید.

یون  منابع غذایی عوارض در اثر کمبود
انسان  گیاه
کلسیم      
سدیم      
آهن      
ید      

مولکول‌های زیستی

مولکول‌های زیستی ساختارهای پیچیده‌ای با ویژگی‌ها و کارکردهای متفاوت هستند. این مولکول‌ها شامل
کربوهیدرات‌ها، لیپیدها، پروتئین‌ها و نوکلئیک اسیدها می‌شوند.

1- کربوهیدرات‌ها

کربوهیدرات‌ها منبع مهمی برای تأمین انرژی هستند و نقش ذخیره‌ای و ساختاری نیز دارند. سه گروه اصلی کربوهیدرات‌ها عبارت‌اند از:

تک قندی‌ها (مونوساکاریدها)، دوقندی‌ها (دیساکاریدها) و چندقندی‌ها (پلیساکاریدها) (شکل 6).

شکل 6- شکل ترسیمی از گروه‌های اصلی کربوهیدرات‌ها

الف) تک قندی‌ها: ساده‌ترین قندهایی هستند که بین سه تا هفت اتم کربن دارند. قند شش کربنه گلوکز مهم‌ترین سوخت یاخته‌های بدن است.

ب) دوقندی‌ها: دو قندی‌ها از پیوند دو تک قندی تشکیل می‌شوند. ساکارز (قند خوراکی)، لاکتوز (قند شیر) و مالتوز (قند جوانه جو) نمونه‌هایی از دوقندی‌ها هستند.

پژوهش کنید (صفحه 10 کتاب درسی)

 

امروزه استفاده از شیرین‌کننده‌های مصنوعی مثل آسپارتام و ساخارین برای کاهش مصرف قند معمولی بسیار رواج پیدا کرده است. در مورد مزایا و معایب این مواد اطلاعاتی جمع آوری کنید و نتیجه به‌دست آمده را در کلاس ارائه دهید.

پ) چندقندی‌ها: این قندها وقتی ایجاد می‌شوند که چند تک‌قندی و یا دو قندی بهم متصل شوند. چندقندی ذخیره‌ای در گیاهان نشاسته و در جانوران و قارچ‌ها، گلیکوژن است. سلولز در دیواره یاخته گیاهی وجود دارد و نوعی چند قندی ساختاری به‌شمار می‌آید (شکل 7). بدن ما نمی‌تواند سلولز را هضم کند؛ اما در گوارش مفید است. با توجه به مطالبی که در گذشته آموختید، آیا می‌دانید نقش سلولز در گوارش چیست؟

شکل 7- نمونه‌هایی از چندقندی‌ها

آزمایش کنید (صفحه 10 کتاب درسی)

 

بررسی تأثیر شکر برتازگی و ماندگاری شاخه گل رز

مواد و وسایل مورد نیاز: دو شاخه گل رز با ظاهر و اندازه مشابه، قیچی باغبانی یا چاقو، دو ظرف شیشه‌ای یا لیوان تمیز و هم‌اندازه، آب ولرم (حدود 20 درجه سانتیگ‌راد)، شکر سفید، خط‌کش، برچسب یا ماژیک، دفترچه یادداشت یا برگه ثبت داده‌ها، دوربین یا موبایل

روش کار

1- یک شاخه گل رز را به‌عنوان شاهد و شاخه دیگر را به‌عنوان آزمایش در نظر بگیرید.

2- با استفاده از یک چاقوی تمیز یا قیچی باغبانی، انتهای شاخه هر دو گل را به صورت زاویه‌دار (45 درجه) ببرید. این کار سطح مقطع جذب آب را افزایش می‌دهد.

3- برگ‌های پایینی هر دو شاخه را جدا کنید. برگ‌های درون آب باعث آلودگی آب می‌شوند.

4- در هر دو گلدان به مقدار یکسان آب بریزید.

5- به یکی از گلدان‌ها حدود 2 قاشق غذاخوری شکر سفید اضافه کنید. آن را هم بزنید تا شکرک املا در آب حل شود.

6- با استفاده از ماژیک یا برچسب، گلدان حاوی شکر را «آزمایش» و گلدان دیگر را «شاهد» نام‌گذاری کنید.

7- در هر گلدان یک شاخه گل رز قرار دهید. دقت کنید که انتهای بریده شده هر دو شاخه گل رز از کف گلدان فاصله داشته و به خوبی در آب قرار گرفته باشند.

8- هر دو ظرف را در یک محیط با شرایط یکسان قرار دهید.

مشاهده و ثبت داده‌ها

1- بلافاصله پس از آماده‌سازی، وضعیت ظاهری هر دو گل را به دقت در دفترچه یادداشت ثبت کنید. جزئیاتی مانند: شادابی و رنگ گلبرگ‌ها، وضعیت برگ‌ها و شاخه ثبت شوند. در صورت امکان از هر دو شاخه گل، عکس بگیرید.

2- هر روز (یا حداکثر هر دو روز یکبار) آب هر دو گلدان را به‌طور کامل عوض کنید. هنگام تعویض آب ابتدا شاخه گل را با دقت از گلدان خارج کنید. انتهای آن را مجدداً کمی (حدود نیم سانتی‌متر) به‌صورت زاویه‌دار ببرید. این کار به انتقال بهتر آب و مواد محلول در آن کمک می‌کند.

3- گلدان‌ها را با مایع ظرفشویی بشویید تا باکتری‌های احتمالی از بین بروند. دوباره به هر گلدان همان میزان آب ولرم و تمیز اضافه کنید (در گلدان آزمایش همان مقدار شکر را حل کنید.) هر شاخه گل را در گلدان خود قرار دهید.

4- هر روز در ساعت مشخص، وضعیت شاخه و گلبرگ‌ها را بررسی و جدول زیر را تکمیل کنید.

5- نمودار «امتیاز بر حسب روز» رسم و میانگین ماندگاری در دو گلدان مقایسه شود.

حال به پرسش‌های زیر پاسخ دهید.

الف) چرا در کار علمی باید یک گروه شاهد داشته باشیم؟
ب) چرا شکر می‌تواند ماندگاری گل را تغییر دهد؟

2- لیپیدها

گروه دیگری از ترکیبات آلی، لیپیدها هستند. برخی از فراوان‌ترین لیپیدها عبارت‌اند از: تری‌گلیسریدها، فسفولیپیدها، استروئیدها و مومها.

الف) تری‌گلیسریدها: فراوان‌ترین لیپیدها در بدن و در رژیم غذایی، تری‌گلیسریدها هستند. تری‌گلیسریدها که چربی‌های خنثی نیز نامیده می‌شوند، از دو جزء اسیدهای چرب و گلیسرول تشکیل شده‌اند (شکل 8).

شکل 8- ساختار یک مولکول تری‌گلیسرید

تری‌گلیسریدها می‌توانند در دمای اتاق جامد یا مایع باشند. چربی تری‌گلیسریدی جامد و روغن تری‌گلیسریدی مایع است. تری‌گلیسریدها نقش مهمی در ذخیره بلندمدت انرژی ایفا می‌کنند. این چربی‌ها در زیر پوست و اطراف اندام‌های حیاتی ذخیره می‌شوند و همچنین موارد زیر را فراهم می‌کنند:

- عایق‌بندی حرارتی برای کاهش اتلاف گرما (به‌عنوان مثال در پنگوئن‌ها)
- محافظت و ضربه‌گیری برای اندام‌های حیاتی مانند قلب و کلیه‌ها
- شناوری برای حیوانات آبزی مانند نهنگ‌ها.

ب) فسفولیپیدها: ساختار فسفولیپیدها به تری‌گلیسریدها شباهت دارد، با این تفاوت که به جای یکی از اسیدهای چرب یک گروه فسفات قرار می‌گیرد که آب دوست است. اسیدهای چرب آبگریز هستند و از آب دوری می‌کنند. فسفولیپیدها در محیط آبی به شکل دو لایه‌ای قرار می‌گیرند و بخش‌های آبگریز خود را از آب دور نگه می‌دارند. این ویژگی موجب می‌شود فسفولیپیدها ساختار دولایه‌ای غشای یاخته را تشکیل دهند (شکل 9).

در واحد یادگیری دوم با ساختار و عملکرد غشا آشنا خواهید شد.

شکل 9

پ) استروئیدها: استروئیدها مولکول‌های لیپیدی بزرگی هستند که ساختار چهار حلقه‌ای مشخصی دارند. کلسترول یکی از استروئیدهای موجود در بدن است که عملکردهای گوناگونی دارد (شکل 10) این ماده برای ساخت ویتامین D و هورمون‌های جنسی مورد نیاز است. همچنین، کلسترول در غشای یاخته‌ها یافت می‌شود. کلسترول مورد نیاز بدن با مصرف مواد غذایی مانند گوشت، تخم‌مرغ و پنیر تأمین و مقداری نیز در کبد ساخته می‌شود.

شکل 10- ساختار کلسترول

ت) موم‌ها: یکی دیگر از انواع لیپیدها، موم‌ها هستند. این لیپیدها در جانوران به‌عنوان لایه‌ای ضد آب روی پوست، مو و پر و در سطح برگ و میوه گیاهان، نقش حفاظتی ایفا می‌کنند (شکل 11) موم موجود در گوش مانند یک تله چسبناک برای اجسام خارجی عمل می‌کند و حشرات را دفع می‌کند.

شکل 11- برخی از عملکردهای موم‌ها

3- پروتئین‌ها

بیشترین مواد آلی بدن، پروتئین‌ها هستند که نقش‌های گوناگونی دارند. پروتئین‌ها از واحدهایی به نام آمینواسید ساخته می‌شوند. کراتین موجود در ساختار پوست، مو و ناخن یک پروتئین ساختاری است. همچنین، بیشتر آنزیم‌ها پروتئینی هستند. نمونه‌ای از یک پروتئین را در شکل 12 مشاهده می‌کنید.

شکل 12- پروتئین هموگلوبین موجود در گویچه‌های قرمز خون

پژوهش کنید (صفحه 14 کتاب درسی)

 

اطلاعاتی در مورد نقش پروتئین‌های زیر جمع‌آوری کرده و با توجه به نتایج پژوهش خود جدول زیر را تکمیل کنید.

پروتئین  عملکرد
آلبومین موجود در سفیده تخم‌مرغ  
اکتین و میوزین  
انسولین  
پادتن  
کلاژن  
لیپاز  
هموگلوبین  

پژوهش کنید (صفحه 14 کتاب درسی)

 

عدم تحمل لاکتوز
پستانداران، نوزادان خود را با شیر تغذیه می‌کنند. شیر غذایی کامل است؛ زیرا شامل کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها، پروتئین‌ها، مواد معدنی و ویتامین هاست. در بدن نوزادان برای هضم قند شیر (لاکتوز) آنزیمی به نام لاکتاز تولید می‌شود. این آنزیم قند لاکتوز را به مولکول‌های کوچک‌تر قابل جذب تجزیه می‌کند. بدن برخی افراد توانایی تولید آنزیم لاکتاز را ندارد و مصرف شیر مشکلاتی برای آنها ایجاد می‌کند. به این وضعیت عدم تحمل لاکتوز گفته می‌شود.

درباره عدم تحمل لاکتوز به سؤالات زیر پاسخ دهید:
1- عوارض مصرف شیر در افراد مبتلا به عدم تحمل لاکتوز چیست؟
2- چه راه‌حل‌هایی برای رفع یا کاهش مشکلات این افراد پیشنهاد می‌دهید؟

4- نوکلئیک اسیدها

نوکلئیک اسیدها از واحدهایی به نام نوکلئوتید ساخته می‌شوند (شکل 13) نوکلئیک اسیدها شامل دنا (DNA) (دئوکسیریبونوکلئیک اسید) و رنا (RNA) (ریبونوکلئیک اسید) هستند. دنا دو رشته‌ای و رنا تک رشته‌ای است. در گذشته آموختید که ژن‌ها بخشی از مولکول دنا هستند. از روی ژن‌ها، پروتئین‌های گوناگون ساخته می‌شوند.

شکل 13

واحد یادگیری 2: یاخته

آیا می‌دانید؟

1- تفاوت اصلی یاخته پروکاریوتی و یوکاریوتی چیست؟
2- چرا گفته می‌شود غشای یاخته نفوذپذیری انتخابی دارد؟
3- کدام اندامک را نیروگاه یاخته می‌نامند و چرا؟
4- چه شباهتی بین راکیزه و سبزدیسه از نظر ساختار وجود دارد؟
5- دو ساختاری که در یاخته گیاهی وجود دارد اما در یاخته جانوری نیست، کدامند؟

در گذشته با مفهوم یاخته به عنوان واحد ساختاری و عملکردی جانداران آشنا شدید. هدف از این واحد یادگیری، آشنایی بیشتر با ساختار و اجزای یاخته و درک چگونگی هماهنگی بین این اجزا برای انجام وظایف حیاتی است. پس از مطالعه این واحد یادگیری قادر خواهید بود یاخته‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی را مقایسه کنید، نقش هر یک از ساختارها را تشریح نمایید و ارتباط میان آنها را در فرایندهایی مانند ساخت و انتقال پروتئین تحلیل کنید. همچنین این فصل زمین‌های برای مقایسه یاخته گیاهی و جانوری فراهم می‌آورد و شما را برای انجام فعالیت‌های عملی و پژوهشی مانند مشاهده دیسه‌ها آماده می‌سازد تا یادگیری از سطح نظری به سطح عینی و کاربردی ارتقا یابد.

استاندارد عملکرد

بررسی اجزای اصلی یاخته یوکاریوتی و تحلیل همکاری بین آنها در فرایندهایی مثل ساخت پروتئین.

اجزای یاخته

بدن انسان بالغ به‌طور متوسط بیش از 100 تریلیون یاخته دارد. یاخته‌ها واحدهای زنده، ساختاری و عملکردی بدن هستند. مطالعه علمی یاخته‌ها را یاخته‌شناسی (سیتولوژی) می‌نامند. یاخته‌ها به دو نوع پروکاریوتی و یوکاریوتی تقسیم می‌شوند. باکتری‌ها یاختۀ پروکاریوتی هستند. یاخته پروکاریوتی، هسته یا سایر اندامک‌های غشادار را ندارد. بقیۀ جانداران مثل آغازیان، قارچ‌ها، گیاهان و جانوران از یاخته‌های یوکاریوتی تشکیل شده‌اند. این یاخته‌ها هسته مشخص و اندامک‌های غشادار دارند.

شکل 14 یک یاختۀ بدن انسان را نشان می‌دهد. یاخته را به سه بخش اصلی تقسیم می‌کنند: غشا، سیتوپلاسم و هسته.

شکل 14- اجزای یک یاخته یوکاریوتی

غشا

غشا، سیتوپلاسم یاخته را احاطه می‌کند و از لیپیدها، پروتئین‌ها و قندها ساخته شده است. غشا با نفوذپذیری انتخابی خود، به برخی مواد اجازه عبور می‌دهد؛ اما از عبور برخی دیگر جلوگیری می‌کند. موادی که آزادانه از غشا عبور می‌کنند شامل آب و گازهایی مانند اکسیژن و کربن دی‌اکسید هستند زیرا مولکول‌های آنها اندازه کوچکی دارند. مولکول‌های بزرگی مانند گلوکز آزادانه از غشا عبور نمی‌کنند، بلکه برای این کار از پروتئین‌های ویژه‌ای استفاده می‌کنند (شکل 15).

شکل 15- ساختار غشا

سیتوپلاسم

این بخش فاصله بین غشای یاخته و هسته را پر می‌کند. بخش مایع سیتوپلاسم که دارای آب، املاح حل‌شده و ذرات معلق است، اندامک‌ها و ساختارهای مختلفی را در خود جای داده است. نمونه‌هایی از آنها عبارت‌اند از: اسکلت یاخته‌ای، رناتن (ریبوزوم)، شبکه آندوپلاسمی، دستگاه گلژی، راکیزه (میتوکندری) و کافنده‌تن (لیزوزوم).

الف) اسکلت یاخته‌ای: اسکلت یاخته‌ای در سرتاسر سیتوپلاسم یاخته‌های یوکاریوتی وجود دارد. این ساختار برای شکل‌دهی و پایداری یاخته ضروری است (شکل 16). اندامک‌ها توسط اسکلت یاخته‌ای در جای خود نگه داشته می‌شوند و این ساختار در جابه‌جایی اندامک‌ها درون یاخته و حرکت یاخته نقش دارد.

شکل 16- اجزای اسکلت یاخته‌ای

ب) رناتن: هر رناتن از دو بخش تشکیل شده است (شکل 17) و در ساخت پروتئین نقش دارد. در یک یاخته یوکاریوتی، دنا در هسته جای دارد اما رناتن‌ها در سیتوپلاسم قرار دارند. بنابراین، از روی دنا مولکول رنا ساخته می‌شود که اطلاعات لازم برای ساخت پروتئین‌ها را از هسته به سیتوپلاسم منتقل می‌کند. رناتن‌ها به دو صورت آزاد یا متصل به غشای برخی اندامک‌ها وجود دارند.

شکل 17- در یک یاخته یوکاریوتی، دنای موجود در هسته، با کمک رنا تولید پروتئین در سیتوپلاسم را برنامه‌ریزی می‌کند.

پ) شبکه آندوپلاسمی: شبکه آندوپلاسمی، مجموعه‌ای از کیسه‌ها و لوله‌های غشادار متصل به‌هم در سیتوپلاسم است (شکل 18). دو نوع شبکه آندوپلاسمی زبر و صاف وجود دارد. در سطح خارجی شبکه آندوپلاسمی زبر رناتن‌ها قرار دارند و به همین دلیل به آن شبکه آندوپلاسمی زبر می‌گویند. بنابراین این نوع شبکه آندوپلاسمی در پروتئین‌سازی نقش دارد. در سطح شبکه آندوپلاسمی صاف رناتن وجود ندارد. این شبکه وظایف دیگری از جمله ساختن لیپیدها را برعهده دارد.

شکل 18- شبکه آندوپلاسمی زبر و صاف

ت) دستگاه گلژی (Golgi apparatus): مجموعه‌ای از کیسه‌های غشایی صاف و جدا از هم را دستگاه گلژی می‌نامند. وظیفه اصلی این اندامک تغییر، بسته‌بندی و ارسال مواد به مقصدشان است (شکل 19).

شکل 19- دستگاه گلژی

ث) راکیزه: این اندامک دو غشای درونی و بیرونی دارد. غشای بیرونی صاف و غشای درونی چین‌خورده است (شکل 20). راکیزه را نیروگاه یاخته می‌نامند زیرا بیشتر انرژی یاخته توسط آن تأمین می‌شود.

شکل 20- ساختار راکیزه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (راست) و به‌صورت ترسیمی (چپ)

ج) کافنده‌تن (Lysosomes): اندامک‌های کیسه‌ای کوچکی هستند که آنزیم‌های گوارشی قوی دارند. آنزیم‌های درون کافنده‌تن مولکول‌ها و اندامک‌های دیگر را به قطعات کوچک‌تر تجزیه می‌کنند تا مورد استفاده یاخته قرار گیرند.

هسته

هسته ساختاری با شکل‌های متفاوت است (شکل 21). بیشتر یاخته‌ها فقط یک هسته دارند، اما برخی یاخته‌ها مانند یاخته‌های ماهیچه اسکلتی چندهسته‌ای و برخی دیگر مانند گویچه‌های قرمز بالغ، بدون هسته هستند. هسته به‌وسیله پوشش خود از سیتوپلاسم جدا می‌شود. در پوشش هسته منافذ زیادی وجود دارد که حرکت مواد بین هسته و سیتوپلاسم را کنترل می‌کنند. دنا درون هسته یاخته قرار دارد. هستک بخشی از هسته بوده و وظیفۀ اصلی آن تولید رناتن است.

شکل 21- ساختار هسته

کار کلاسی (صفحه 21 کتاب درسی)

 

با استفاده از آموخته‌های خود جدول زیر را تکمیل کنید.

شکل اجزای یاخته نام نقش

   

   

   

   

ارتباط و همکاری بین بخش‌های مختلف یاخته

پروتئین‌هایی که رناتن‌های روی شبکه آندوپلاسمی زبر می‌سازند، توسط ریزکیسه‌هایی به دستگاه گلژی منتقل می‌شوند. در دستگاه گلژی، این پروتئین‌ها تغییراتی می‌کنند و سپس محصولات نهایی در ریزکیسه‌هایی بسته‌بندی شده و به سمت قسمت‌های موردنیاز هدایت می‌شوند (شکل 22). این روند نشان‌دهنده هماهنگی دقیق بین بخش‌های مختلف یاخته است.

شکل 22- ارتباط و همکاری بین اندامک‌ها و اجزای مختلف یاخته

یاخته‌های گیاهی

همان‌طور که در شکل 23 مشاهده می‌کنید، بسیاری از ساختارها و اندامک‌ها در یاخته‌های جانوری و گیاهی مشترک هستند؛ اما برخی ساختارها فقط در یاخته‌های گیاهی وجود دارند.

الف) دیسه‌ها: دیسه‌ها اندامک‌های دو غشایی هستند. سبزدیسه (کلروپلاست) که در گیاهان سبز یافت می‌شود، یکی از انواع دیسه‌ها است (شکل 23).

شکل 23- یاخته گیاهی. به سبزدیسه و کریچه دقت کنید.

سبزدیسه‌ها به دلیل داشتن سبزینه (کلروفیل) در فتوسنتز نقش دارند. برخی از دیسه‌ها به جای سبزینه مقدار زیادی رنگدانه نارنجی، زرد یا قرمز دارند و در برخی دیگر موادی مانند نشاسته ذخیره می‌شود.

پژوهش کنید (صفحه 22 کتاب درسی)

 

گراماکسون از علف‌کش‌هایی است که از آن در کشاورزی برای از بین بردن گیاهان ناخواسته استفاده می‌شود. بررسی کنید چگونه گراماکسون باعث از بین رفتن این گیاهان می‌شود. سپس گزارشی از اثرات آسیب‌زای گراماکسون بر گیاهان را در کلاس ارائه دهید.

آزمایش کنید (صفحه 22 کتاب درسی)

 

مشاهده دیسه‌ها

مواد و وسایل مورد نیاز: نمونه‌های گیاهی (سیب‌زمینی، گوجه‌فرنگی، فلفل دلمه‌ای سبز و زرد)، تعدادی تیغه و تیغک، میکروسکوپ، تیغ آزمایشگاهی یا چاقو، برچسب، دفترچه یادداشت و محلول لوگول (معرف نشاسته)

روش کار

1- قسمت داخلی پوست گیاهان مورد استفاده را با تیغ یا چاقوی تمیز خراش داده و سپس هر یک از نمونه‌های به‌ دست آمده را روی تیغه‌های مجزا قرار دهید.

2- سپس به آرامی تیغک را روی نمونه‌های تهیه شده، قرار دهید.

3- هر تیغه را با برچسب جداگانه شماره‌گذاری کرده و در دفتر خود شماره هر نمونه را یادداشت کنید.

4- با کمک میکروسکوپ نمونه‌ها را ابتدا با بزرگ‌نمایی کم و سپس با بزرگ‌نمایی بیشتر مشاهده کنید.

5- به هر نمونه با استفاده از قطره‌چکان یک قطره محلول لوگول را از لبه تیغک اضافه و آنها را با میکروسکوپ مشاهده کنید.

کار کلاسی (صفحه 23 کتاب درسی)

 

پرسش‌ها
1- شکل ساده‌ای از دیسه‌ها را در دفتر خود رسم کنید.
2- با توجه به جدول زیر، ویژگی‌های دیسه‌ها را مقایسه کنید.

نمونه رنگ قبل از افزودن لوگول رنگ بعد از افزودن لوگول موقعیت دیسه در یاخته
سیب‌زمینی      
فلفل دلمه‌ای زرد      
فلفل دلمه‌ای سبز      
گوجه فرنگی      

3- در کدام یک از دیسه‌ها نشاسته وجود دارد؟ توضیح دهید.

ب) واکوئول‌ها: کریچه‌ها کیسه‌های غشاداری هستند که درون خود شیره دارند. بیشتر این شیره از آب تشکیل شده است (شکل 24). بسیاری از یاخته‌های گیاهی واکوئول‌های بزرگی دارند که با ذخیره آب باعث می‌شوند محتویات یاخته به دیواره یاخته‌ای فشار آورند. در نتیجه، واکوئول به حفظ استحکام بافته‌ای گیاهی کمک می‌کند.

شکل 24- واکوئول در برخی یاخته‌های بالغ گیاهی بخش زیادی از حجم یاخته توسط واکوئول مرکزی بزرگ اشغال شده است.

دیواره یاخته‌ای

یاخته گیاهی برخلاف یاخته جانوری دیواره دارد. دیواره، بیرونی‌ترین بخش یاخته است که اندامک محسوب نمی‌شود. دیوارۀ یاخته‌های گیاهی به‌طور عمده از سلولز ساخته شده است. وجود این ساختار به یاخته گیاهی امکان می‌دهد تا مقدار آب زیادی را بدون خطر ترکیدن یاخته، جذب کند. همچنین، دیواره به یاخته گیاهی شکل می‌دهد و از یاخته در برابر عوامل بیماری‌زا حفاظت می‌کند.

کار کلاسی (صفحه 23 کتاب درسی)

 

با توجه به آنچه در این واحد یادگیری آموختید، یاخته گیاهی و جانوری را مقایسه کنید. نتایج را به‌صورت جدول، نقشه مفهومی و یا داده‌نما ارائه دهید.

پودمان 1: زیست شناسی و یاخته