سلسلة ورقة الامتحان - 2022
الحلقة 4: تقديم التمرين
أجب وكأنك تكتب على ورقة امتحان البكالوريا
الشكر موصول للأستاذة بعزوزي خديجة على اقتراح فكرة التمرين.
تذكير
تقديم التمرين عبارة مختصرة تحيط بالموضوع وتحدد مشكلته وتكون إما بصيغة صريحة أو ضمنية تستنتجها بنفسك كما طرحت في هذا التمرين.
نص التمرين (نموذج عن التمرين الثالث – 8 نقاط) الأكاربوز
يشفر حوالي ربع مورثات الإنسان لإنزيمات مختلفة، وهذا يبين أهميتها في العضوية لما تقوم به من تحفيز للتفاعلات الكيميائية من جهة، وتميز نشاطها بالنوعية العالية من جهة أخرى. وقد تمكن الباحثون من استغلال هذه الخاصية لإنتاج دواء يخفف من أعراض داء السكري على سبيل المثال.
الجزء الأول
الأكاربوز هو دواء يستخدم لخفض نسبة السكر في الدم بعد وجبة الطعام عند المصابين بالداء السكري.
لمعرفة خصائص هذه المادة وتأثيراتها على النشاط الإنزيمي نقترح عليك الدراسة التالية:
يمثل الشكل أ من الوثيقة 1 نتائج قياسات فعالية إماهة النشأ بواسطة الإنزيم أميلاز في وجود النشأ.
يمثل الشكل ب من الوثيقة 1 النموذج الجزيئي للإنزيم أميلام في وجود النشأ.
الوثيقة 1 مع الصور المرفقة
- باستغلال الوثيقة 1، حدد المشكلة العلمية المطروحة في هذه الدراسة ثم اقترح فرضيتين تفسيريتين للمشكلة المطروحة.
الجزء الثاني
تقاس نسبة السكر في الدم بعد الوجبة الغذائية لفئران مصابة بالداء السكري وغير المصابة بالسكري، معالجة وغير معالجة بالأكاربوز. النتائج التجريبية موضوحة بالوثيقة 2. بينما توضح الوثيقة 3 رسما تخطيطيا لإماهة النشأ بواسطة إنزيم الأميلاز في غياب الأكاربوز (الشكل أ) وفي وجوده في الوسط (الشكل ب).
الوثيقة 1 مع الصور المرفقة
- باستغلال الوثيقتين 2 و3، إشرح آلية تأثير مادة الأكاربوز في خفض نسبة السكر في الدم عند الاشخاص المصابين بداء السكري وتحقق من صحة الفرضيات المقترحة.
إجابة مقترحة
الجزء الأول
الشكل أ عبارة عن منحنيين يمثلان تغير سرعة إماهة النشأ بواسطة إنزيم الاميلاز بدلالة تركيز النشأ حيث نلاحظ أن النشاط الإنزيمي يصل إلى السرعة العظمى والمقدرة بـ 10 وإ أسرع منه في غياب الأكاربوز منه في وجود الأكاربوز.
نستنتج من ذلك أن الاكاربوز يثبط نشاط إنزيم الأميلاز.
يوضح الشكل ب نموذجا بواسطة برنامج الراستوب للبنية الفراغية لإنزيم الأميلاز مرتبط به النشأ (المقعد إنزيم - ركيزة) حيث يتوضع النشأ بالموقع الفعال للإنزيم.
نستنتج أن النشأ هو الركيزة النوعية للإميلاز لوجود تكامل بنيوي بينهما.
بناء على الاستنتاجين الذين توصلنا إليهما وهما أن النشأ هو الركيزة النوعية للأميلاز وأن الأكاربوز يثبط نشاط إنزيم الأميلاز، المشكلة العلمية المطروحة هي:
- كيف يؤثر الكاربوز على الأميلاز ويثبط نشاطه؟
وإجابة على المشكلة المطروحة يمكن اقتراح الفرضيتين التاليتين:
الفرضية 1: تتميز جزيئة الاكاربوز أو جزء منها بنية فراية تتكامل بنيويا مع الموقع الفعال للأميلاز، فتعرقل ارتباطه بركيزته النوعية مما يعيق حدوث التفاعل الإنزيمي.
الفرضية 2: ترتبط جزيئة الأكاربوز بالإنزيم على مستوى موقع آخر غير الموقع الفعال، فيغير من بنية الإنزيم خاصة شكل الموقع الفعال، فلا يتشكل المعقد إنزيم – ركيزة ويثبط التفاعل.
الجزء الثاني
في الوثيقة 2، بمقارنة النتائج الممثلة بالمنحنيات نجد أن الأكاربوز لديه نفس التأثير على الفئران السليمة والفئران المصابة.
بالنسبة للفئران السليمة المعالجة بالأكاربوز، ترتفع نسبة الغلوكوز بعد نهاية الوجبة الأخيرة لتبلغ ذروتها بعد نصف ساعة وتقدر بـ 9 ميلي مول / ل ثم تعود إلى قيمتها الطبيعية بعد ساعتين. أما عند الفئران السليمة الغير معالجة وفي نفس المدة، فالغلوكوز يصل ذروة قدرها 11 ميلي مول ثم يعود لقيمته المرجعية. مع العلم أن ظهور الغلوكوز دليل على إماهة النشأ بواسطة إنزيم الأميلاز فالنشأ عبارة عن بلمرة لآلاف الوحدات من جزئة الغلوكوز.
عند الفئران المصابة بالداء السكري، نسجل نفس النتائج ولكن بنسب كبيرة. الفئران المصابة المعالجة وبعد نهاية آخر وجبة، يرتفع الغلوكوز إلى 16 ميلي مول / لتر ويتناقص بعد ذلك ولكنه لا يعود لقيمته المرجعية، نفس الشي بالنسبة للفئران المصابة الغير معالجة ولكن الذروة تكون كبيرة وتقدر بحوالي 21 ميلي موا / لتر.
نتائج هذه التجربة تؤكد ما توصلنا إليه في الجزء الأول وهو أن الأكاربوز يثبط نشاط إنزيم الأميلاز، وبذلك يخفض من نسبة الغلوكوز في الدم مما يجعل إمكانية العلاج به للتخفيف من أعراض داء السكري.
في الوثيقة 3، في غياب الدواء نلحظ حدوث التفاعل الإنزيمي بشكل طبيعي ويتحفز تحويل النشأ إلى غلوكوز بكمية كبيرة يتم امتصاصها وانتقالها عبر الشعيرة الدمية. أما في وجود الدواء فإنه يتثبت على الموقع الفعال للنشأ ويمنع ارتباطها بها، تنتج كمية قليلة من الغلوكوز.
إذن، تتمثل آلية عمل دواء الأكاربوز في أن جزيئاته لها بنية مماثلة للنشأ فتتثبت على الموقع الفعال الخاص بها في الأميلاز وتنافس الركيزة (النشأ) لوجود التكامل البنيوي، فتعرقل تثبت النشأ بالمواقع الفعالة وتبطئ التفاعل الإنزيمي، فتنتج كمية قليلة الغلوكوز مما يخفض من نسبته في الدم، وهو ما يسعى له الأطباء في علاج المصابين بالداء السكري. يسمى هذا النوع من التثبيط الإنزيمي بالتثبيط التنافسي.
نستخلص من هذه الدراسة أن الفرضية الأولى التي تنص على أن تتميز جزيئة الأكاربوز أو جزء منها بنية فراية تتكامل بنيويا مع الموقع الفعال للأميلاز، فتعرقل ارتباطه بركيزته النوعية مما يعيق حدوث التفاعل الإنزيمي محققة.