Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Cell Structure and Function · ⁨تركيز الخلية ووظيفتها⁩

AP Biology · ⁨AP علم الأحياء⁩ · Topic 2 · ⁨الموضوع 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
9:48

تركيز الخلية ووظيفتها

انظر إلى ورقة تحت المجهر. ترى صفوفًا من الصناديق الخضراء، وكل صندوق مليء بأقراص خضراء صغيرة. الآن انظر إلى شريحة رقيقة من البصل. طوب مرتب…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

2.1

Organelles and the Endomembrane System · ⁨العضيات ونظام الغشاء الداخلي⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions (SYI): Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 2.1.A: Explain how the structure and function of subcellular components and organelles contribute to the function of cells.

  • 2.1.A.1 Ribosomes are comprised of ribosomal RNA (rRNA) and protein. These non-membrane, subcellular structures are found in cells in all forms of life and reflect the common ancestry in all known life. Ribosomes synthesize proteins according to messenger RNA (mRNA) sequences.
  • 2.1.A.2 The endomembrane system consists of a group of membrane-bound organelles and subcellular components (endoplasmic reticulum (ER), Golgi complex, lysosomes, vacuoles and transport vesicles, the nuclear envelope, and the plasma membrane) that work together to modify, package, and transport polysaccharides, lipids, and proteins intercellularly.
  • 2.1.A.3 Endoplasmic reticulum provides mechanical support by helping cells maintain shape and plays a role in intracellular transport.
    • i. Rough ER is associated with membrane-bound ribosomes, allows for the compartmentalization of cells, and helps carry out protein synthesis.
    • ii. Smooth ER functions include the detoxification of cells and lipid synthesis.
    • Exclusion statement: Knowledge of the specific functions of smooth ER in specialized cells is beyond the scope of the AP Exam.
  • 2.1.A.4 The Golgi complex is a membrane-bound structure that consists of a series of flattened membrane sacs. Functions of the Golgi include:
    • i. Correctly folding and chemically modifying newly synthesized cellular products
    • ii. Packaging proteins for trafficking
    • Exclusion statement: Knowledge of the role of Golgi in the synthesis of specific phospholipids and packaging of specific enzymes for lysosomes, peroxisomes, and secretory vesicles is beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 2.1.A.4:
      • Glycosylation and other chemical modifications of proteins that take place within the Golgi and determine protein function or targeting
  • 2.1.A.5 Mitochondria have a double membrane that provides compartments for different metabolic reactions involved in aerobic cellular respiration. The outer membrane is smooth, while the inner membrane is highly convoluted, forming folds that enable ATP to be synthesized more efficiently.
  • 2.1.A.6 Lysosomes are membrane-enclosed sacs that contain hydrolytic enzymes that digest material. Lysosomes also play a role in programmed cell death (apoptosis).
  • 2.1.A.7 Vacuoles are membrane-bound sacs that play many different roles.
    • i. In plant cells, a specialized large vacuole maintains turgor pressure through nutrient and water storage.
    • ii. In animal cells, vacuoles are smaller in size, are more plentiful than in plant cells, and store cellular materials.
  • 2.1.A.8 Chloroplasts are specialized organelles that are found in plants and photosynthetic algae. Chloroplasts contain a double membrane and serve as the location for photosynthesis.
العربية

الفكرة الكبرى 4 — تفاعل الأنظمة (SYI): تتفاعل الأنظمة البيولوجية، وتعرض هذه الأنظمة وتفاعلاتها خصائص معقدة.

هدف التعلم 2.1.A: شرح كيف تساهم بنية ووظائف المكونات تحت الخلوية والعضيات في وظيفة الخلايا.

  • 2.1.A.1 تتكون الريبوسومات من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) والبروتين. هذه التراكيب غير الغشائية تحت الخلوية توجد في خلايا جميع أشكال الحياة وتعكس النسب المشترك في جميع الأحياء المعروفة. تقوم الريبوسومات بتركيب البروتينات وفقاً لتسلسلات الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA).
  • 2.1.A.2 يتكون الجهاز الغشائي الداخلي من مجموعة من العضيات والمكونات تحت الخلوية المحاطة بغشاء (الشبكة الإندوبلازمية (ER)، جهاز جولجي، الجسيمات الحالة، الفجوات، وحويصلات النقل، الغلاف النووي، والغشاء البلازمي) التي تعمل معاً لتعديل وتعبئة ونقل السكريات المتعددة والدهون والبروتينات بين الخلايا.
  • 2.1.A.3 توفر الشبكة الإندوبلازمية دعماً ميكانيكياً عن طريق مساعدة الخلايا على الحفاظ على شكلها، وتلعب دوراً في النقل داخل الخلية.
    • i. ترتبط الشبكة الإندوبلازمية الخشنة بالريبوسومات المرتبطة بالغشاء، وتسمح بتقسيم الخلايا، وتساعد في إجراء عملية تركيب البروتينات.
    • ii. تشمل وظائف الشبكة الإندوبلازمية الملساء detoxification الخلايا وتركيب الدهون.
    • بيان الاستبعاد: معرفة الوظائف المحددة للشبكة الإندوبلازمية الملساء في الخلايا المتخصصة تقع خارج نطاق امتحان AP.
  • 2.1.A.4 جهاز جولجي هو بنية محاطة بغشاء تتكون من سلسلة من أكياس غشائية مسطحة. تشمل وظائف جهاز جولجي:
    • i. الطي الصحيح والتعديل الكيميائي للمنتجات الخلوية الجديدة المصنوعة حديثاً
    • ii. تعبئة البروتينات للنقل
    • بيان الاستبعاد: معرفة دور جهاز جولجي في تركيب فوسفوليبيدات محددة وتعبئة إنزيمات معينة للجسيمات الحالة والبيروكسيسومات والحويصلات الإفرازية تقع خارج نطاق امتحان AP.
    • أمثلة توضيحية لـ 2.1.A.4:
      • التحلل السكري وغيرها من التعديلات الكيميائية للبروتينات التي تحدث داخل جهاز جولجي وتحدد وظيفة البروتين أو استهدافه
  • 2.1.A.5 تمتلك الميتوكوندريا غشاءً مزدوجاً يوفر حجرات لتفاعلات أيضية مختلفة تشارك في التنفس الخلوي الهوائي. الغشاء الخارجي أملس، بينما الغشاء الداخلي مجعد بشدة، مشكلاً طيات تسمح بإنتاج ATP بكفاءة أكبر.
  • 2.1.A.6 الجسيمات الحالة هي أكياس محاطة بغشاء تحتوي على إنزيمات محللة لهضم المواد. تلعب الجسيمات الحالة أيضاً دوراً في موت الخلية المبرمج (الاستماتة).
  • 2.1.A.7 الفجوات هي أكياس محاطة بغشاء تلعب أدواراً مختلفة عديدة.
    • i. في الخلايا النباتية، تحافظ فجوة كبيرة متخصصة على ضغط الامتلاء من خلال تخزين العناصر الغذائية والماء.
    • ii. في الخلايا الحيوانية، تكون الفجوات أصغر حجماً وأكثر وفرة من تلك الموجودة في الخلايا النباتية، وتخزن مواد خلوية.
  • 2.1.A.8 البلاستيدات الخضراء هي عضيات متخصصة توجد في النباتات والطحالب ذاتية التغذية الضوئية. تحتوي البلاستيدات الخضراء على غشاء مزدوج وتعمل كموقع لعملية البناء الضوئي.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

A eukaryotic cell divides its work among organelles 细胞器. The endomembrane system 内膜系统 is a connected set that makes, modifies, and ships molecules: the nucleus 细胞核 (holds DNA), rough and smooth endoplasmic reticulum 内质网 (protein and lipid synthesis), the Golgi 高尔基体 (modifies and packages), lysosomes 溶酶体 (digestion), and vesicles that carry material between them. Mitochondria 线粒体 (respiration) and chloroplasts 叶绿体 (photosynthesis) have their own membranes.

What each organelle actually does

The exam asks you to name a structure and say what it does, so learn them as pairs.

Ribosomes 核糖体 are made of ribosomal RNA 核糖体核糖核酸 (rRNA) and protein. They have no membrane, and they are found in every form of life — bacteria, archaea and eukaryotes alike. That shared presence is evidence of common ancestry: a structure this central was already present in the last common ancestor of all living things. A ribosome reads messenger RNA 信使核糖核酸 (mRNA) and builds the protein it codes for. Free ribosomes make proteins for use inside the cell; ribosomes bound to the rough endoplasmic reticulum make proteins for export or for the membrane.

The Golgi complex 高尔基复合体 is a series of flattened, membrane-bound sacs. A protein arriving from the endoplasmic reticulum is passed through them, and three things happen to it:

  • it is folded correctly and chemically modified — most often by glycosylation 糖基化, the attachment of short sugar chains;
  • it is sorted and targeted, so the modified sugar or phosphate tag decides which compartment the protein is sent to;
  • it is packaged into a vesicle for transport.

So the Golgi is not storage: it is the cell's finishing and dispatch department, and its modifications determine what a protein does and where it ends up.

Lysosomes are membrane-enclosed sacs of hydrolytic enzymes 水解酶 that digest material — worn-out organelles, engulfed bacteria, and food particles taken in by the cell. Their enzymes work best at a low pH, which the lysosome maintains inside itself; keeping them enclosed protects the rest of the cell. Lysosomes also take part in apoptosis 细胞凋亡, programmed cell death, in which a cell is dismantled deliberately, for example to sculpt fingers from a webbed embryonic hand.

Vacuoles 液泡 are membrane-bound sacs with many different roles: storing water, ions, nutrients or waste, and in a plant cell the large central vacuole also presses outwards on the cell wall to keep the cell firm.

Mitochondria and chloroplasts each have a double membrane and their own circular DNA and ribosomes — the evidence behind endosymbiotic theory below.

العربية
خلايا ورقة الإيلوديا المعبأة بالصدافات الخضراء (صورة مجهرية ضوئية)
خلايا ورقة الإيلوديا الممتلئة بالكلروبلستات الخضراء (صورة مجهرية ضوئية)
خلايا البشرة البصلية تحت المجهر الضوئي — جدران خلوية وأنوية واضحة بوضوح
خلايا البشرة البصلية تحت المجهر الضوئي — جدران خلوية وأنوية واضحة بوضوح

تنقسم الخلية حقيقية النواة عملها بين العضيات. نظام الغشاء الداخلي هو مجموعة متصلة تصنع وتعدل وتشحن الجزيئات: النواة (تحتوي على الحمض النووي)، والشبكة الإندوبلازمية الخشنة والناعمة (تخليق البروتينات والدهون)، وجهاز جولجي (تعديل وتعبئة)، والجسيمات الحالة (هضم)، وحويصلات تنقل المواد بينها. الميتوكوندريا (تنفس) والكلروبلستات (تمثيل ضوئي) تمتلكان غشائهما الخاص.

الخلية النباتية تحتوي أيضًا على جدار خلوي، وفجوة عصارية كبيرة، وكلروبلستات
الخلية النباتية تحتوي أيضًا على جدار خلوي، وفجوة عصارية كبيرة، وكلروبلستات
خلية حيوانية عامة وعضياتها
خلية حيوانية عامة وعضياتها

ما تفعله كل عضلة في الواقع

يطلب منك الامتحان تسمية بنية و قول ما تفعله، لذا ادرسها كأزواج.

الريبوسومات مصنوعة من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) والبروتين. ليس لها غشاء، وتوجد في كل أشكال الحياة — البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى معًا. وجودها المشترك هو دليل على النسب المشترك: كانت بنية مركزية كهذه موجودة بالفعل في السلف المشترك الأخير لكل الكائنات الحية. يقرأ الريبوسوم الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ويبني البروتين الذي يشفر له. ribosomes الحرة تصنع بروتينات للاستخدام داخل الخلية؛ الريبوسومات المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة تصنع بروتينات للتصدير أو للغشاء.

مجمع جولجي هو سلسلة من الأكياس المسطحة المحاطة بالغشاء. يتم تمرير بروتين قادم من الشبكة الإندوبلازمية عبرها، ويحدث ثلاثة أشياء له:

  • يتم طويه بشكل صحيح وتعديله كيميائيًا — غالبًا عن طريق الإسكار، وهو ارتباط سلاسل سكرية قصيرة;
  • يتم فرز واستهدافه، بحيث يحدد علامة السكر أو الفوسفات المعدلة أي حجرة سيتم إرسال البروتين إليها;
  • يتم تعبئته في حويصلة للنقل.

لذلك فإن جهاز جولجي ليس للتخزين: إنه قسم الإنهاء والشحن في الخلية، وتعديلاته تحديد ما يفعله البروتين وأين ينتهي به المطاف.

الجسيمات الحالة هي أكياس محاطة بغشاء من إنزيمات التحلل المائي تهضم المواد — العضيات التالفة، والبكتيريا المبتلعة، وجزيئات الطعام التي تدخلها الخلية. تعمل إنزيماتها بشكل أفضل عند حموضة منخفضة، وتحافظ الجسيمات الحالة على ذلك داخلها؛ مما يحفظها مغلفة يحمي بقية الخلية. تشارك الجسيمات الحالة أيضًا في الاستماتة، موت الخلية المبرمج، حيث يتم تفكيك الخلية عمدًا، على سبيل المثال لنحت الأصابع من يد جنينية مشبوكة.

الفجواتع هي أكياس محاطة بالغشاء ولها أدوار متعددة: تخزين الماء والأيونات والمغذيات أو الفضلات، وفي الخلية النباتية تضغط الفجوة المركزية الكبيرة أيضًا إلى الخارج على الجدار الخلوي لإبقاء الخلية صلبة.

الميتوكوندريا والكلروبلستات تمتلكان كل منهما غشاء مزدوج وحمض نووي دائري خاص بها وريبوسومات — الدليل وراء نظرية الاندماج الداخلي أدناه.

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
organelles/ˌɔːɡəˈnelz/ العُضَيّات
endomembrane system/ˈendəʊmembreɪn ˈsɪstəm/ نظام الغشاء الداخلي
nucleus/ˈnjuːklɪəs/ النواة
endoplasmic reticulum/ˌendəʊˈplæzmɪk reˈtɪkjʊləm/ الشبكة الإندوبلازمية
Golgi/ˈɡɒlɡɪ/ جهاز جولجي
lysosomes/ˈlaɪsəsəʊmz/ الجسيمات الحالة
Mitochondria/ˌmaɪtəˈkɒndrɪə/ الميتوكوندريا
chloroplasts/ˈklɔːrəʊplæsts/ البلاستيدات الخضراء
Ribosomes/ˈrɪbəsəʊmz/ الريبوسومات
ribosomal RNA/ˈrɪbəsɒml ˌɑː en ˈeɪ/ الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي
messenger RNA/ˈmesɪndʒə ˌɑː en ˈeɪ/ messenger RNA
The Golgi complex/ðə ˈɡɒlɡɪ ˈkɒmpleks/ مجمع غولجي
glycosylation/ˌɡlaɪkəsɪˈleɪʃn/ الإضافة السكرية
hydrolytic enzymes/ˌhaɪdrəˈlɪtɪk ˈenzaɪmz/ إنزيمات تحلل مائي
apoptosis/əpəpˈtəʊsɪs/ الموت الخلوي المبرمج
Vacuoles/ˈvækjuːəʊlz/ الفجواتات
surface-area-to-volume ratio/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə tə ˈvɒljuːm ˈreɪʃɪəʊ/ نسبة المساحة السطحية إلى الحجم
phospholipid bilayer/ˈfɒsfəlɪpɪd ˈbɪleɪə/ طبقة مزدوجة من الدهون الفوسفورية
fluid mosaic model/ˈfluːɪd məˈseɪɪk ˈmɒdl/ fluid mosaic model
selectively permeable/sɪˈlektɪvli ˈpɜːməbl/ منفذ انتقائي
Passive transport/ˈpæsɪv ˈtrænspɔːt/ النقل السلبي
2.2

Why Cells Stay Small · ⁨لماذا تبقى الخلايا صغيرة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.2.A: Explain the effect of surface area-to-volume ratios on the exchange of materials between cells or organisms and the environment.

  • 2.2.A.1 Surface area-to-volume ratios affect the ability of a biological system to obtain necessary nutrients, eliminate waste products, acquire or dissipate thermal energy, and otherwise exchange chemicals and energy with the environment.
    • Relevant equations:
      • Volume of a Sphere: $V = \dfrac{4}{3}\pi r^3$
      • Volume of a Cube: $V = s^3$
      • Volume of a Rectangular Solid: $V = lwh$
      • Volume of a Cylinder: $V = \pi r^2 h$
      • Surface Area of a Sphere: $SA = 4\pi r^2$
      • Surface Area of a Cube: $SA = 6s^2$
      • Surface Area of a Rectangular Solid: $SA = 2lh + 2lw + 2wh$
      • Surface Area of a Cylinder: $SA = 2\pi rh + 2\pi r^2$
      • $r$ = radius
      • $l$ = length
      • $h$ = height
      • $w$ = width
      • $s$ = length of one side of a cube
    • Illustrative examples for 2.2.A.1:
      • SA/V Ratios and Exchanges
        • Root hairs
        • Guard cells
        • Gut epithelial cells
      • Cilia
      • Stomata
  • 2.2.A.2 The surface area of the plasma membrane must be large enough to adequately exchange materials.
    • i. The surface area-to-volume ratio can restrict cell size and shape. Smaller cells typically have a higher surface area-to-volume ratio as well as a more efficient exchange of materials with the environment than do larger cells.
    • ii. As cells increase in volume, the surface area-to-volume ratio decreases and the demand for internal resources increases.
    • iii. More complex cellular structures (e.g., membrane folds) are necessary to adequately exchange materials with the environment.
    • iv. As organisms increase in size, their surface area-to-volume ratio decreases, affecting properties like rate of heat exchange with the environment. Smaller amounts of mass exchange proportionally more heat with the ambient environment than do larger masses. As mass increases, both the surface area-to-volume ratio and the rate of heat exchange decrease.
    • v. There is a relationship between metabolic rate per unit body mass and the size of multicellular organisms; typically, the smaller the organism, the higher the metabolic rate per unit body mass.
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

هدف التعلم 2.2.A: شرح تأثير نسب مساحة السطح إلى الحجم على تبادل المواد بين الخلايا أو الكائنات الحية والبيئة.

  • 2.2.A.1 تؤثر نسب مساحة السطح إلى الحجم على قدرة النظام البيولوجي على الحصول على العناصر الغذائية اللازمة، والتخلص من الفضلات، واكتساب أو تبديد الطاقة الحرارية، وتبادل المواد الكيميائية والطاقة مع البيئة بشكل عام.
    • المعادلات ذات الصلة:
      • حجم الكرة: $V = \dfrac{4}{3}\pi r^3$
      • حجم المكعب: $V = s^3$
      • حجم المستطيل: $V = lwh$
      • حجم الأسطوانة: $V = \pi r^2 h$
      • مساحة سطح الكرة: $SA = 4\pi r^2$
      • مساحة سطح المكعب: $SA = 6s^2$
      • مساحة سطح المستطيل: $SA = 2lh + 2lw + 2wh$
      • مساحة سطح الأسطوانة: $SA = 2\pi rh + 2\pi r^2$
      • $r$ = نصف القطر
      • $l$ = الطول
      • $h$ = الارتفاع
      • $w$ = العرض
      • $s$ = طول ضلع واحد من أضلاع المكعب
    • أمثلة توضيحية لـ 2.2.A.1:
      • نسب SA/V والتبادلات
        • الشعيرات الجذرية
        • الخلايا الحارسة
        • الخلايا الظهارية للأمعاء
      • الأهداب
      • الثغور
  • 2.2.A.2 يجب أن تكون مساحة الغشاء البلازمي كبيرة بما يكفي لتبادل المواد بشكل كافٍ.
    • i. يمكن أن تقيد نسبة مساحة السطح إلى الحجم حجم وشكل الخلية. عادة ما يكون للخلايا الأصغر نسبة مساحة سطح إلى حجم أعلى وكذلك تبادل مواد أكثر كفاءة مع البيئة مقارنة بالخلايا الأكبر حجماً.
    • ii. عندما تزداد الخلايا في الحجم، تنخفض نسبة مساحة السطح إلى الحجم وتزداد الحاجة إلى الموارد الداخلية.
    • iii. هناك حاجة إلى هياكل خلوية أكثر تعقيداً (مثل طيات الغشاء) لتبادل المواد مع البيئة بشكل كافٍ.
    • iv. مع زيادة حجم الكائنات الحية، ينخفض معدل سطحها إلى حجمها، مما يؤثر على خصائص مثل معدل تبادل الحرارة مع البيئة. تتبادل الكتل الأصغر حرارةً بشكل متناسب أكبر مقارنة بالكتل الأكبر مع البيئة المحيطة. ومع زيادة الكتلة، ينخفض كل من معدل السطح إلى الحجم ومعدل تبادل الحرارة.
    • v. توجد علاقة بين معدل الأيض لكل وحدة كتلة جسم وحجم الكائنات متعددة الخلايا؛ عادةً، كلما كان الكائن أصغر، كان معدل الأيض أعلى لكل وحدة كتلة جسم.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Cells stay small because of the surface-area-to-volume ratio 表面积与体积比. As a cell grows, its volume rises faster than its surface area, so its membrane cannot exchange materials fast enough for the interior. Staying small (or being flat or folded) keeps enough surface to serve the volume.

Worked example. A cube-shaped cell $2\ \mu\text{m}$ on a side has surface area $6\times2^2=24\ \mu\text{m}^2$ and volume $2^3=8\ \mu\text{m}^3$, so its surface-area-to-volume ratio is $\tfrac{24}{8}=3$. Double the side to $4\ \mu\text{m}$: surface area $=6\times4^2=96$, volume $=4^3=64$, ratio $=\tfrac{96}{64}=1.5$. Doubling the size halved the ratio – the larger cell has far less membrane per unit of interior, which is why cells stay small.

العربية
صورة بالمجهر الإلكتروني المسحوي لخلايا الدم الحمراء – بدون نواة، مساحة سطح عالية لتبادل الغازات
صورة مجهرية إلكترونية مسحية لخلايا الدم الحمراء — لا نواة، مساحة سطح عالية لتبادل الغازات

تبقى الخلايا صغيرة بسبب نسبة مساحة السطح إلى الحجم. مع نمو الخلية، يرتفع حجمها أسرع من مساحة سطحها، لذلك لا يمكن لغشائها تبادل المواد بسرعة كافية للداخل. البقاء صغيرًا (أو أن تكون مسطحة أو مطوية) يحافظ على مساحة كافية لخدمة الحجم.

تتناقص نسبة مساحة السطح إلى الحجم كلما كبرت الخلية
تتناقص نسبة مساحة السطح إلى الحجم كلما كبرت الخلية

مثال محلول. خلية مكعبة $2\ \mu\text{m}$ على الجانب لها مساحة سطح $6\times2^2=24\ \mu\text{m}^2$ وحجم $2^3=8\ \mu\text{m}^3$، لذا فإن نسبة مساحة السطح إلى الحجم الخاصة بها هي $\tfrac{24}{8}=3$. مضاعفة الجانب إلى $4\ \mu\text{m}$: مساحة سطح $=6\times4^2=96$، حجم $=4^3=64$، نسبة $=\tfrac{96}{64}=1.5$. مضاعفة الحجم نصف النسبة — الخلية الأكبر لديها غشاء أقل بكثير لكل وحدة من الداخل، ولهذا السبب تبقى الخلايا صغيرة.

Explore · ⁨استكشف⁩

See surface area vs volume as a cube grows · ⁨شاهد المساحة السطحية مقابل الحجم بينما ينمو المكعب⁩

As a cell grows, volume rises faster than surface area, so the surface-area-to-volume ratio falls. A small cell keeps enough membrane to exchange materials fast enough. · ⁨عندما تنمو الخلية، يرتفع الحجم أسرع من المساحة السطحية، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة المساحة السطحية إلى الحجم. تحتفظ الخلية الصغيرة بما يكفي من الغشاء لتبادل المواد بسرعة كافية.⁩

2.3

The Fluid Mosaic Model of the Membrane · ⁨نموذج المosaic السائل للغشاء⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.3.A: Describe the roles of each of the components of the cell membrane in maintaining the internal environment of the cell.

  • 2.3.A.1 Phospholipids have both hydrophilic and hydrophobic regions. The polar hydrophilic phosphate regions of the phospholipids are oriented toward the aqueous external or internal environment, while the nonpolar hydrophobic fatty acid regions face each other within the interior of the membrane.
  • 2.3.A.2 Embedded proteins can be hydrophilic (with charged and polar side groups), hydrophobic (with nonpolar side groups), or both.
    • i. Hydrophilic regions of the proteins are either inside the interior of the protein or exposed to the cytosol (cytoplasm).
    • ii. Hydrophobic regions of proteins make up the protein surface that interacts with the fatty acids in the interior membrane.

Learning Objective 2.3.B: Describe the fluid mosaic model of cell membranes.

  • 2.3.B.1 Plasma membranes consist of a structural framework of phospholipid molecules embedded with proteins, steroids (such as cholesterol in vertebrate animals), glycoproteins, and glycolipids. All of these can move around the surface of the cell within the membrane, as illustrated by the fluid mosaic model.
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

هدف التعلم 2.3.A: صف أدوار مكونات غشاء الخلية المختلفة في الحفاظ على البيئة الداخلية للخلية.

  • 2.3.A.1 تمتلك الدهون الفوسفورية مناطق محبة للماء ومناطق كارهة للماء. تكون مناطق الفوسفات القطبية المحبة للماء موجهة نحو البيئة المائية الخارجية أو الداخلية، بينما تواجه المناطق غير القطبية الكارهة للماء للأحماض الدهنية بعضها البعض داخل غشاء الخلية.
  • 2.3.A.2 يمكن أن تكون البروتينات المدمجة محبة للماء (ذات مجموعات جانبية مشحونة وقطبية)، أو كارهة للماء (ذات مجموعات جانبية غير قطبية)، أو كليهما.
    • i. تكون المناطق المحبة للماء للبروتينات إما داخل بنية البروتين أو مكشوفة تجاه السيتوسول (السيتوبلازم).
    • ii. تشكل المناطق الكارهة للماء للبروتينات سطح البروتين الذي يتفاعل مع الأحماض الدهنية في داخل الغشاء.

هدف التعلم 2.3.B: صف النموذج الفوضوي السائل لأغشية الخلية.

  • 2.3.B.1 تتكون الأغشية البلازمية من إطار هيكلي من جزيئات الدهون الفوسفورية المدمجة مع البروتينات والستيرويدات (مثل الكوليسترول في الحيوانات الفقارية) والبروتينات السكرية والدهون السكرية. يمكن لجميع هذه المكونات التحرك حول سطح الخلية داخل الغشاء، كما يوضحه النموذج الفوضوي السائل.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The cell membrane is a phospholipid bilayer 磷脂双分子层 – polar heads facing the water, nonpolar tails inside – studded with proteins. The fluid mosaic model 流动镶嵌模型 pictures it as a fluid sheet in which lipids and proteins drift. Cholesterol and the degree of unsaturation tune its fluidity.

العربية

غشاء الخلية هو طبقة ثنائية من الدهون الفسفورية — رؤوس قطبية تواجه الماء، وذيل غير قطبي بالداخل — مزينة بالبروتينات. يصور النموذج المosaic السائل نفسه على أنه ورقة سائلة تتحرك فيها الدهون والبروتينات. الكوليسترول ودرجة عدم التشبع تضبط سيولته.

النموذج المosaic السائل لغشاء الخلية
النموذج المosaic السائل لغشاء الخلية
2.4

What Can Cross the Membrane · ⁨ما يمكنه عبور الغشاء⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.4.A: Explain how the structure of biological membranes influences selective permeability.

  • 2.4.A.1 Plasma membranes separate the internal environment of the cell from the external environment. Selective permeability is the result of the plasma membrane having a hydrophobic interior.
  • 2.4.A.2 Small nonpolar molecules, including $\mathrm{N_2}$, $\mathrm{O_2}$, and $\mathrm{CO_2}$, freely pass across the membrane. Hydrophilic substances, such as large polar molecules and ions, move across the membrane through embedded channels and transport proteins.
  • 2.4.A.3 The nonpolar hydrocarbon tails of phospholipids prevent the movement of ions and polar molecules across the membrane. Small polar, uncharged molecules, like $\mathrm{H_2O}$ or $\mathrm{NH_3}$ (ammonia), pass through the membrane in small amounts.

Learning Objective 2.4.B: Describe the role of the cell wall in maintaining cell structure and function.

  • 2.4.B.1 Cell walls of Bacteria, Archaea, Fungi, and plants provide a structural boundary as well as a permeability barrier for some substances to the internal or external cellular environments and protection from osmotic lysis.
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

هدف التعلم 2.4.A: اشرح كيف يؤثر تركيب الأغشية البيولوجية على النفاذية الانتقائية.

  • 2.4.A.1 تفصل الأغشية البلازمية البيئة الداخلية للخلية عن البيئة الخارجية. النفاذية الانتقائية هي نتيجة امتلاك الغشاء البلازمي لبيئة داخلية كارهة للماء.
  • 2.4.A.2 الجزيئات الصغيرة غير القطبية، بما في ذلك $\mathrm{N_2}$ و$\mathrm{O_2}$ و$\mathrm{CO_2}$، تعبر الغشاء بحرية. المواد المحبة للماء، مثل الجزيئات القطبية الكبيرة والأيونات، تتحرك عبر الغشاء عبر قنوات مدمجة وبروتينات نقل.
  • 2.4.A.3 تمنع الذيل الهيدروكربوني غير القطبي للدهون الفوسفورية حركة الأيونات والجزيئات القطبية عبر الغشاء. الجزيئات القطبية الصغيرة غير المشحونة، مثل $\mathrm{H_2O}$ أو $\mathrm{NH_3}$ (الأمونيا)، تعبر الغشاء بكميات صغيرة.

هدف التعلم 2.4.B: صف دور جدار الخلية في الحفاظ على بنية الخلية ووظيفتها.

  • 2.4.B.1 توفر جدران الخلية للبكتيريا والأركيا والفطريات والنباتات حدودًا هيكلية بالإضافة إلى حاجز نفاذية لبعض المواد تجاه البيئات الخلوية الداخلية أو الخارجية والحماية من الانصهار التناضحي.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The membrane is selectively permeable 选择透过性. Small nonpolar molecules ($\text{O}_2$, $\text{CO}_2$) and water cross easily; large or charged/polar particles (ions, glucose) cannot pass the nonpolar core without help. This selectivity lets the cell control its internal environment.

العربية

الغشاء اختيالي النفاذية. الجزيئات الصغيرة غير القطبية ($\text{O}_2$، $\text{CO}_2$) والماء تعبر بسهولة؛ الجسيمات الكبيرة أو المشحونة/القطبية (الأيونات، الجلوكوز) لا يمكنها المرور عبر القلب غير القطبي دون مساعدة. يسمح هذا الاختيار للخلية التحكم في بيئتها الداخلية.

ثلاث طرق لعبور المواد للغشاء
ثلاث طرق لعبور المواد للغشاء
2.5

Passive and Active Transport · ⁨النقل السلبي والنشط⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.5.A: Describe the mechanisms that organisms use to maintain solute and water balance.

  • 2.5.A.1 The selective permeability of membranes allows for the formation of concentration gradients of solutes across the membrane.
  • 2.5.A.2 Passive transport is the net movement of molecules from regions of high concentration to regions of low concentration without the direct input of metabolic energy.
  • 2.5.A.3 Active transport requires the direct input of energy to move molecules. In some cases, active transport is utilized to move molecules from regions of low concentration to regions of high concentration.

Learning Objective 2.5.B: Describe the mechanisms that organisms use to transport large molecules across the plasma membrane.

  • 2.5.B.1 The processes of endocytosis and exocytosis require energy to move large substances or large amounts of substances into and out of cells.
    • i. In endocytosis, the cell takes in large molecules and particulate matter by folding the plasma membrane in on itself and forming new (small) vesicles that engulf material from the external environment.
    • ii. In exocytosis, internal vesicles release material from cells by fusing with the plasma membrane and secreting large molecules from the cell.
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

هدف التعلم 2.5.A: صف الآليات التي تستخدمها الكائنات للحفاظ على توازن المذاب والماء.

  • 2.5.A.1 تسمح النفاذية الانتقائية للأغشية بتكوين تدرجات تركيز للمذاب عبر الغشاء.
  • 2.5.A.2 النقل السلبي هو الحركة الصافية للجزيئات من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض دون إدخال مباشر للطاقة الأيضية.
  • 2.5.A.3 يتطلب النقل النشط إدخالًا مباشرًا للطاقة لتحريك الجزيئات. في بعض الحالات، يُستخدم النقل النشط لنقل الجزيئات من مناطق التركيز المنخفض إلى مناطق التركيز العالي.

هدف التعلم 2.5.B: صف الآليات التي تستخدمها الكائنات لنقل الجزيئات الكبيرة عبر الغشاء البلازمي.

  • 2.5.B.1 تتطلب عمليات الإدخال الخلوي والإخراج الخلوي طاقة لتحريك مواد كبيرة أو كميات كبيرة من المواد إلى داخل وخارج الخلايا.
    • i. في الإدخال الخلوي، تمتص الخلية الجزيئات الكبيرة والمواد الجسيمية عن طريق طي الغشاء البلازمي إلى الداخل وتشكيل حويصلات جديدة (صغيرة) تحيط بالمادة القادمة من البيئة الخارجية.
    • ii. في الإخراج الخلوي، تطلق الحويصلات الداخلية مواد من الخلايا عن طريق اندماجها مع الغشاء البلازمي وإفراز جزيئات كبيرة خارج الخلية.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
  • Passive transport 被动运输 moves substances down their concentration gradient (high → low) with no energy – diffusion 扩散.
  • Active transport 主动运输 moves substances against the gradient (low → high), requiring energy (ATP), via protein pumps like the sodium–potassium pump.
العربية
  • النقل السلبي ينقل المواد أسفل تدرج تركيزها (عالٍ ← منخفض) بدون طاقة — الانتشار.
  • النقل النشط ينقل المواد عكس التدرج (منخفض ← عالٍ)، يتطلب الطاقة (ATP)، عبر مضخات بروتينية مثل مضخة الصوديوم-البوتاسيوم.
النقل النشط ينقل الجسيمات عكس التدرج، باستخدام ATP وبروتين ناقل
النقل النشط ينقل الجسيمات عكس التدرج، باستخدام ATP وبروتين ناقل
Explore · ⁨استكشف⁩

Pump a solute against its gradient · ⁨ضخ مذاب ضد تدرجه⁩

Passive transport moves solutes down their gradient for free; active transport uses ATP to pump them the other way, from low to high concentration. · ⁨النقل السلبي يحرك المذابات顺着 تدرجها مجاناً؛ النقل النشط يستخدم ATP لضخها في الاتجاه المعاكس، من التركيز المنخفض إلى المرتفع.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
Active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ النقل النشط
Facilitated diffusion/fəˈsɪlɪteɪtɪd dɪˈfjuːʒn/ الانتشار المساعدة
carrier/ˈkærɪə/ الحامل
Osmosis/ɒzˈməʊsɪs/ الانتشار الأسموزي
Tonicity/təˈnɪsɪti/ التوتر الأسموزي
hypotonic/ˌhaɪpəʊˈtɒnɪk/ غير متساوي التوتر (نقص التوتر)
hypertonic/ˌhaɪpəˈtɒnɪk/ متساوي التوتر (فرط التوتر)
isotonic/ˌaɪsəˈtɒnɪk/ متساوي التوتر (Isotonic)
Water potential/ˈwɔːtə pəˈtenʃl/ إمكانية الماء
Osmoregulation/ˌɒzmɔːɡjʊˈleɪʃn/ تنظيم الشوارد
endocytosis/ˌendəʊsɪˈtəʊsɪs/ الإدخال الخلوي
2.6

Facilitated Diffusion · ⁨الانتشار المسهل⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.6.A: Explain how the structure of a molecule affects its ability to pass through the plasma membrane.

  • 2.6.A.1 Facilitated diffusion requires transport or channel proteins to enable the movement of charged ions across the membrane.
    • i. Membranes may become polarized by the movement of ions across the membrane.
    • ii. Charged ions, including $\mathrm{Na^+}$ (sodium) and $\mathrm{K^+}$ (potassium), require channel proteins to move through the membrane.
  • 2.6.A.2 Facilitated diffusion enables the movement of large polar molecules through membranes with no energy input. In this type of diffusion, substances move down the concentration gradient.
  • 2.6.A.3 Aquaporins transport large quantities of water across membranes.
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

هدف التعلم 2.6.A: اشرح كيف يؤثر تركيب الجزيء على قدرته على عبور الغشاء البلازمي.

  • 2.6.A.1 يتطلب الانتشار المساعَد بروتينات نقل أو قنوات لتمكين حركة الأيونات المشحونة عبر الغشاء.
    • i. قد تصبح الأغشية مستقطبة بسبب حركة الأيونات عبر الغشاء.
    • ii. تتطلب الأيونات المشحونة، بما في ذلك $\mathrm{Na^+}$ (الصوديوم) و$\mathrm{K^+}$ (البوتاسيوم)، بروتينات قنالية للحركة عبر الغشاء.
  • 2.6.A.2 يسمح الانتشار المساعَد بحركة الجزيئات القطبية الكبيرة عبر الأغشاء بدون إدخال طاقة. في هذا النوع من الانتشار، تتحرك المواد顺着 التدرج التركيز.
  • 2.6.A.3 تنقل الأكوابورينات كميات كبيرة من الماء عبر الأغشاء.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Facilitated diffusion 易化扩散 is passive transport through a membrane protein – a channel or carrier 载体 – for particles that cannot cross the lipid alone. It still goes down the gradient and needs no energy, but its rate can saturate when all the proteins are busy.

العربية

الانتشار الميسر هو نقل سلبي عبر بروتين غشائي – وهو قناة أو ناقل – لجزيئات لا يمكنها عبور الطبقة الدهنية وحدها. لا يزال ينتقل مع المنحدر ولا يحتاج إلى طاقة، ولكن معدله قد يصل إلى مرحلة التشبع عندما تكون جميع البروتينات مشغولة.

الانتشار: تنتشر الجسيمات من التركيز الأعلى إلى الأقل،顺着 الانحدار
الانتشار: تنتشر الجسيمات من التركيز الأعلى إلى الأقل،顺着 الانحدار
Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
diffusion/dɪˈfjuːʒn/ الانتشار
2.7

Tonicity, Water Potential, and Osmoregulation · ⁨التونسية، الجهد المائي، وتنظيم الضغط الأسموزي⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.7.A: Explain how concentration gradients affect the movement of molecules across membranes.

  • 2.7.A.1 External environments can be hypotonic, hypertonic, or isotonic to internal environments of cells. Movement of water can also be described as moving from hypotonic to hypertonic regions. Water moves by osmosis from regions of high water potential to regions of low water potential.
    • Equation (Water Potential): $\psi = \psi_p + \psi_s$
      • where:
      • $\psi_p$ = pressure potential
      • $\psi_s$ = solute potential
    • Illustrative examples for 2.7.A.1:
      • Contractile vacuole in protists
      • Central vacuole in plant cells

Learning Objective 2.7.B: Explain how osmoregulatory mechanisms contribute to the health and survival of organisms.

  • 2.7.B.1 Growth and homeostasis are maintained by the constant movement of molecules across membranes.
  • 2.7.B.2 Osmoregulation maintains water balance and allows organisms to control their internal solute composition and water potential. Water moves from regions of low osmolarity or solute concentration to regions of high osmolarity or solute concentration.
    • Equation (Solute Potential of a Solution): $\psi_s = -iCRT$
      • where:
      • $i$ = ionization constant
      • $C$ = molar concentration
      • $R$ = pressure constant $\left(R = 0.0831 \dfrac{L \cdot bars}{mol \cdot K}\right)$
      • $T$ = temperature in Kelvin (°C + 273)
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

هدف التعلم 2.7.A: اشرح كيف تؤثر التدرجات التركيزية على حركة الجزيئات عبر الأغشية.

  • 2.7.A.1 يمكن أن تكون البيئات الخارجية ناقصة التنافسية أو زائدة التنافسية أو متساوية التنافسية بالنسبة للبيئات الداخلية للخلايا. يمكن أيضًا وصف حركة الماء بأنها تتحرك من المناطق ناقصة التنافسية إلى المناطق زائدة التنافسية. يتحرك الماء بالتناضح من مناطق جهد الماء العالي إلى مناطق جهد الماء المنخفض.
    • المعادلة (جهد الماء): $\psi = \psi_p + \psi_s$
      • حيث:
      • $\psi_p$ = الجهد الضغطي
      • $\psi_s$ = جهد المذاب
    • أمثلة توضيحية لـ 2.7.A.1:
      • الفجوة الانقباضية في البروتيزوات
      • الفجوة المركزية في الخلايا النباتية

الهدف التعليمي 2.7.B: اشرح كيف تساهم آليات تنظيم الأسموزية في صحة الكائنات وبقائها.

  • 2.7.B.1 يُحافظ النمو والتوازن الداخلي على استمرارية الحركة المستمرة للجزيئات عبر الأغشية.
  • 2.7.B.2 يحافظ تنظيم الأسموزية على توازن الماء ويُمكّن الكائنات من التحكم في تركيبها الداخلي للمذابات وجهد الماء. يتحرك الماء من مناطق ذات تركيز أسموزي منخفض أو تركيز مذاب إلى مناطق ذات تركيز أسموزي مرتفع أو تركيز مذاب مرتفع.
    • المعادلة (جهد المذاب لمحلول): $\psi_s = -iCRT$
      • حيث:
      • $i$ = ثابت التأين
      • $C$ = التركيز المولاري
      • $R$ = ثابت الضغط $\left(R = 0.0831 \dfrac{L \cdot bars}{mol \cdot K}\right)$
      • $T$ = درجة الحرارة بالكلفن (°C + 273)

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Osmosis 渗透 is the diffusion of water across a membrane. Tonicity 张力 compares solute concentrations: in a hypotonic 低渗 solution a cell gains water (may burst); in a hypertonic 高渗 one it loses water (shrinks); in an isotonic 等渗 one there is no net change. Water potential 水势 predicts the direction of water movement (water moves to lower water potential), and is the sum of a pressure term and a solute term: $\Psi=\Psi_p+\Psi_s$, where the solute potential $\Psi_s=-iCRT$. Osmoregulation 渗透调节 is how organisms control this balance.

Worked example. For a $0.1\,\text{M}$ sucrose solution ($i=1$) in an open beaker (so pressure potential $\Psi_p=0$) at $25\,°\text{C}$ ($T=298\,\text{K}$, $R=0.0831\ \text{L}\cdot\text{bar/mol}\cdot\text{K}$): $\Psi_s=-iCRT=-(1)(0.1)(0.0831)(298)\approx-2.48\ \text{bar}$, so $\Psi\approx-2.48\ \text{bar}$. A plant cell whose interior is $\Psi=-1.0\ \text{bar}$ sits in this solution: since the solution is more negative, water moves out of the cell into the solution, and the cell loses turgor.

العربية
خلايا البصل الأحمر في محلول مفرط التركيز: تنسحب الغشاء عن الجدار (انكماش السيتوبلازم)
خلايا البصل الأحمر في محلول مفرط التركيز: تنسحب الغشاء عن الجدار (انكماش السيتوبلازم)

الانتشار الأسموزي هو انتشار الماء عبر غشاء. التونية تقارن تراكيز المذاب: في محلول منخفض التركيز تكتسب الخلية ماءً (وقد تنفجر)؛ وفي محلول مفرط التركيز تفقد ماءً (تنكمش)؛ وفي محلول متساوي التركيز لا يوجد تغير صافي. الجهد المائي يتنبأ باتجاه حركة الماء (يتحرك الماء نحو جهد مائي أقل)، وهو مجموع حد الضغط وحد المذاب: $\Psi=\Psi_p+\Psi_s$، حيث جهد المذاب $\Psi_s=-iCRT$. تنظيم الضغط الأسموزي هو كيفية تحكم الكائنات الحية في هذا التوازن.

استجابة خلايا النبات والحيوان لمحلول ذات إمكانات مائية مختلفة
كيف تستجيب الخلايا النباتية والحيوانية لمحاليل ذات جهود مائية مختلفة

مثال محلل. لمحلول سكريوز $0.1\,\text{M}$ ($i=1$) في كوب مفتوح (لذا فإن جهد الضغط $\Psi_p=0$) عند درجة حرارة $25\,°\text{C}$ ($T=298\,\text{K}$، $R=0.0831\ \text{L}\cdot\text{bar/mol}\cdot\text{K}$): $\Psi_s=-iCRT=-(1)(0.1)(0.0831)(298)\approx-2.48\ \text{bar}$، وبالتالي $\Psi\approx-2.48\ \text{bar}$. خلية نباتية يكون داخلها $\Psi=-1.0\ \text{bar}$ موضوعة في هذا المحلول: بما أن المحلول أكثر سلبية، يتحرك الماء خارج الخلية إلى المحلول، وتفقود الخلية تورورها.

Explore · ⁨استكشف⁩

Watch water move by osmosis · ⁨شاهد حركة الماء بالانتشار⁩

Water moves across the membrane from high water potential to low, toward the more concentrated (hypertonic) side. Set the concentrations and watch which way the cell swells or shrinks. · ⁨يتحرك الماء عبر الغشاء من الجهد المائي العالي إلى المنخفض، نحو الجانب الأكثر تركيزاً (متفوق التناضح). حدد التراكيز وشاهد اتجاه انتفاخ الخلية أو انكماشها.⁩

2.8

Mechanisms of Membrane Transport · ⁨آليات نقل الغشاء⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.8.A: Describe the processes that allow ions and other molecules to move across membranes.

  • 2.8.A.1 Metabolic energy (such as that from ATP) is required for active transport of molecules across the membrane and to establish and maintain electrochemical gradients.
    • i. Membrane proteins are necessary for active transport.
    • ii. The $\mathrm{Na^+}/\mathrm{K^+}$ pump and ATPase contribute to the maintenance of the membrane potential.
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

الهدف التعليمي 2.8.A: صف العمليات التي تسمح للأيونات والجزيئات الأخرى بالحركة عبر الأغشية.

  • 2.8.A.1 يتطلب النقل النشط للجزيئات عبر الغشاء والطاقة الاستقلابية (مثل تلك الناتجة عن ATP) لإقامة وصيانة التدرجات الكهروكيميائية.
    • i. بروتينات الغشاء ضرورية للنقل النشط.
    • ii. مضخة $\mathrm{Na^+}/\mathrm{K^+}$ وأتبيز المساهمة في صيانة جهد الغشاء.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Large materials move in bulk by vesicles: endocytosis 内吞 brings material in (the membrane engulfs it), and exocytosis 外排 sends material out (a vesicle fuses with the membrane). Both require energy and let cells import and secrete large molecules.

العربية

تتحرك المواد الكبيرة بالجملة عبر الحويصلات: البلعمة تجلب المواد إلى الداخل (يبتلعها الغشاء)، والإخراج الخلوي يرسل المواد إلى الخارج (تندمج حويصلة مع الغشاء). كلاهما يتطلب الطاقة ويسمح للخلايا باستيراد وإفراز جزيئات كبيرة.

الإدخال الخلوي يُدخل المادة؛ الإخراج الخلوي يُخرجها
الإدخال الخلوي يُدخل المادة؛ الإخراج الخلوي يُخرجها
Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
exocytosis/eɡˌzɒsɪˈtəʊsɪs/ الإخراج الخلوي
compartments/kəmˈpɑːtmənts/ الحجرات
endosymbiotic theory/ˌendəʊˌsɪmbaɪˈɒtɪk ˈθɪəri/ نظرية التعايش الداخلي
ribosomal RNA (rRNA)/ˈrɪbəsɒml ˌɑː en ˈeɪ/ الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)
2.9

Compartmentalization Inside the Cell · ⁨التقسيم الداخلي للخلية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 2 — Energetics (ENE): Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 2.9.A: Describe the membrane-bound structures of the eukaryotic cell.

  • 2.9.A.1 Membranes and membrane-bound organelles in eukaryotic cells compartmentalize intracellular metabolic processes and specific enzymatic reactions.

Learning Objective 2.9.B: Explain how internal membranes and membrane-bound organelles contribute to compartmentalization of eukaryotic cell functions.

  • 2.9.B.1 Internal membranes facilitate cellular processes by minimizing competing interactions and by increasing the surface area where reactions can occur.
العربية

الفكرة الكبرى 2 — الطاقة (ENE): تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة والكتل البنائية الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.

الهدف التعليمي 2.9.A: صف الهياكل المرتبطة بالأغشية في الخلية حقيقية النواة.

  • 2.9.A.1 تقوم الأغشية والعضيات المرتبطة بأغشية في خلايا حقيقيات النواة بتجزئة العمليات الاستقلابية داخل الخلوية والتفاعلات الإنزيمية المحددة.

الهدف التعليمي 2.9.B: اشرح كيف تساهم الأغشية الداخلية والعضيات المرتبطة بأغشية في تجزئة وظائف خلية حقيقيات النواة.

  • 2.9.B.1 تسهل الأغشية الداخلية العمليات الخلوية عن طريق تقليل التفاعلات المتنافسة وزيادة مساحة السطح التي يمكن أن تحدث فيها التفاعلات.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Membranes create separate compartments 区室 so incompatible reactions can run at once and conditions (pH, ion levels) can be tuned locally. This organization boosts efficiency – the internal membranes also add surface area for reactions.

العربية

تخلق الأغشية مناطق منفصلة حتى يمكن للتفاعلات غير المتوافقة أن تجري في وقت واحد ويمكن ضبط الظروف (مثل الرقم الهيدروجيني ومستويات أيونات) محليًا. يعزز هذا التنظيم الكفاءة - كما أن الأغشية الداخلية تضيف أيضًا مساحة سطح للتفاعلات.

2.10

The Origins of Cell Compartmentalization · ⁨نشأة التقسيم الخلوي⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Big Idea 1 — Evolution (EVO): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 2.10.A: Describe similarities and/or differences in compartmentalization between prokaryotic and eukaryotic cells.

  • 2.10.A.1 Membrane-bound organelles such as mitochondria and chloroplasts evolved from once free-living prokaryotic cells via endosymbiosis.
  • 2.10.A.2 Prokaryotes typically lack internal membrane-bound organelles but have internal regions with specialized structures and functions.
  • 2.10.A.3 Eukaryotic cells maintain internal membranes that partition the cell into specialized regions.
العربية

الفكرة الكبرى 1 — التطور (EVO): عملية التطور تقود تنوع ووحدانية الحياة.

هدف التعلم 2.10.A: وصف أوجه التشابه و/أو الاختلاف في التقسيم الخلوي بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة.

  • 2.10.A.1 تطورت عضيات محاطة بغشاء مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء من خلايا بدائية نواة حرة المعيشة سابقاً عبر التكافؤ الداخلي.
  • 2.10.A.2 تفتقر بدائيات النواة عادة إلى عضيات داخلية محاطة بغشاء ولكن لديها مناطق داخلية بهياكل ووظائف متخصصة.
  • 2.10.A.3 تحافظ خلايا حقيقية النواة على أغشية داخلية تقسم الخلية إلى مناطق متخصصة.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The endosymbiotic theory 内共生学说 explains mitochondria and chloroplasts: they arose when a larger cell engulfed free-living prokaryotes that then lived inside it. The evidence – their own circular DNA, their own ribosomes, and double membranes – supports this shared evolutionary origin.

العربية

تشرح نظرية التعايش الداخلي الميتوكوندريا والكلوروبلاست: فقد نشأت عندما ابتلعت خلية أكبر بكتيريا بدائية النواة حرة المعيشة التي استقرت بداخلها. الأدلة - وهي حمضها النووي الدائري الخاص بها، وريبوسوماتها الخاصة، وأغشيتها المزدوجة - تدعم هذا الأصل التطوري المشترك.

2.10

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Use the two AP-formula skills: surface-area-to-volume ratio (why cells stay small) and water potential $\Psi=\Psi_p+\Psi_s$ ($\Psi_s=-iCRT$).
  • Water moves toward the lower (more negative) water potential; predict swelling or shrinking from tonicity (hypo/hyper/isotonic).
  • Passive transport and osmosis need no energy (down the gradient); active transport needs ATP (against the gradient).
  • Distinguish diffusion, facilitated diffusion (a channel/carrier protein), and active transport.
  • Explain membrane selectivity from the phospholipid bilayer — small non-polar molecules cross, large/charged ones need help.
العربية
  • استخدم مهارتي الصيغة من امتحانات AP: نسبة المساحة السطحية إلى الحجم (لماذا تبقى الخلايا صغيرة) والجهد المائي $\Psi=\Psi_p+\Psi_s$ ($\Psi_s=-iCRT$).
  • يتحرك الماء نحو الجهد المائي الأدنى (الأكثر سلبية)؛ تنبأ بالتورم أو الانكماش بناءً على التونسية (منخفض/مفرط/متساوي التركيز).
  • النقل السلبي والانتشار الأسموزي لا يحتاجان إلى طاقة (مع المنحدر)؛ بينما النقل النشط يحتاج إلى ATP (عكس المنحدر).
  • فرّق بين الانتشار، والانتشار الميسر (بروتين قناة/ناقل)، والنقل النشط.
  • اشرح انتقائية الغشاء من خلال طبقة الدهون المزدوجة - حيث تعبر الجزيئات الصغيرة غير القطبية، بينما تحتاج الكبيرة والمشحونة إلى مساعدة.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in AP Biology · ⁨AP علم الأحياء⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في AP Biology · ⁨AP علم الأحياء⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP