المركبات العضوية الحيوية

المركبات العضوية الحيوية
 B i o o r g a n i c  C o m p o u n d s

ما المُركَّبات العضوية الحيوية؟
? What are Bioorganic Compounds

ما العناصر التي تتواجد في أجسام الكائنات الحية؟ وما هو العنصر الأساسي الذي يدخل في تركيب المواد العضوية؟

- تحتوي أجسام الكائنات الحيَّة جميعها على ذَرّات عناصر مهمة، منها: الهيدروجين، والكربون، والأكسجين، والنيتروجن، والكالسيوم، والفسفور، إضافةً إلى ذَرّات عناصر أُخرى تحتاج إليها هذه الكائنات بكمِّيات بسيطة.

- ويُعَدُّ الكربون العنصر الأساس الذي يدخل في تركيب المُركَّبات العضوية جميعها.

ما هي المركبات العضوية الحيوية؟

-المُركَّبات العضوية الحيوية Bioorganic Compounds

- مُركَّبات كيميائية توجد في أجسام الكائنات الحيَّة، ويدخل في تركيبها بصورة أساسية ذَرّات الكربون والهيدروجن، ويدخل في تركيب بعضها أيضًا ذَرّات عناصر أُخرى، مثل: النيتروجين، والأكسجين.

- ترتبط ذَرّات الكربون في المُركَّبات العضوية الحيوية بروابط تساهمية بعضها مع بعض، ومع ذَرّات العناصر الأُخرى.

 عدد أنواع المركبات العضوية الحيوية.

- توجد أربعة أنواع رئيسة للمُركَّبات العضوية الحيوية، هي:

1- الكربوهيدرات Carbohydrates	2- البروتينات Proteins	3- الليبيدات Lipids	4- الحموض النووية Nucleic Acids

 

أتحقَّق: ما أنواع المُركَّبات العضوية الحيوية الرئيسة في جسم الإنسان؟

1- الكربوهيدرات.    2- البروتينات.      3- الليبيدات.     4- الحموض النووية.

 

1- الكربوهيدرات Carbohydrates:

ممّ يتكون الكربوهيدرات؟ وكيف يمكن أن يصنّف؟

- تحتوي الكربوهيدرات على ذَرّات كربون وهيدروجين وأكسجين.

-  تُصنَّف الكربوهيدرات بحسب عدد الوحدات التي تتألَّف منها إلى ثلاثة أنواع رئيسة، انظر الجدول الآتي:

تصنيف الكربوهيدرات.
الكربوهيدرات Carbohydrates
أ- السُّكَّريات الأُحادية Monosaccharides	ب- السُّكَّريات الثنائية Disaccharides	ج- السُّكَّريات المُتعدِّدة Polysaccharides

 

أ- السُّكَّريات الأُحادية Monosaccharides

- تُعَدُّ السُّكَّريات الأُحادية أبسط أنواع الكربوهيدرات.

- السُّكَّريات الأُحادية تذوب في الماء بسهولة لأنَّها من المواد المُحِبَّة له Hydrophilic.

- أمّا صيغتها العامة فهي CH₂O)n)، حيث n عدد ذَرّات الكربون في السُّكَّر الأُحادي.

مثال:

ما الصيغة الجزيئية لسُكَّر أُحادي

يتكوَّن من ( 7)ذَرّات كربون؟

الحل:

الصيغة العامة هيCH₂O)2: (

n = 7

عدد ذَرّات الكربون = 7

عدد ذَرّات الهيدروجين: 14 = ( 7×2 )

عدد ذَرّات الأكسجين = 7

وبالتالي فإن، الصيغة الجزيئية

للسُّكَّر الأُحادي هيC₇H₁₄O₇:

- تكون الصيغة البنائية للسُّكَّر الأُحادي على شكل حلقي، أو سلسلة مفتوحة غير مُتفرِّعة.

- ويُعَدُّ هذا النوع من السُّكَّريات وحدات بنائية لأنواع الكربوهيدرات الأُخرى، ومن الأمثلة عليه: الغلوكوز الذي يُمثِّل الوحدة البنائية لعدد من السُّكَّريات المُتعدِّدة في أجسام الكائنات الحيَّة، انظر الشكل الآتي:

 

أفكّر: يتكوَّن السُّكَّر الأُحادي (الرايبوز) من عشر ذَرّات هيدروجين، فما عدد ذَرّات الكربون فيه؟

- (5) ذرات كربون.

 

ب- السُّكَّريات الثنائية Disaccharides

- يتكوَّن السُكَّر الثنائي Disaccharide من وحدتين من السُّكَّريات الأُحادية، ترتبطان معًا برابطة تساهمية غلايكوسيدية Glycocidic Bond.

- ويحدث الارتباط عن طريق نزع جزيء ماء، أنظر الشكل (أ) الآتي الذي يُبينِّ تفاعل نزع الماء Dehydration Reaction لإنتاج سُكَّر المالتوز.

- ومن الأمثلة عى السُّكَّريات الثنائية أيضًا: السُكروز، واللاكتوز، انظر الشكل (ب)، والشكل (ج) الآتيين.

 

أتحقَّق: أُقارِن بين السُكروز واللاكتوز من حيث السُّكَّريات الأُحادية التي تُكوِّن كُلًّ منهما.

- السكروز يتكون من الغلوكوز + الفركتوز

- اللاكتوز يتكون من الغلوكوز + الغلاكتوز

الربط بالصحة: -يؤدّي الإكثار من تناول السُّكَّريات إلى تسوُّس الأسنان، وزيادة الوزن؛ ما يزيد خطر الإصابة بمرض السُّكَّري؛ لذا يوصي المركز الوطني للغُدد الصُّمِّ والسُّكَّري بعدم الإكثار من تناولها للوقاية من الإصابة بمرض السُّكَّري.

 

ج-السُّكَّريات المُتعدِّدة Polysaccharides

السُّكَّريات المُتعدِّدة Polysaccharides مُبلمرات تتكوَّن من سُكَّريات أحادية ترتبط فيما بينها بروابط تساهمية غلايكوسيدية. ولكلٍّ من السُّكَّريات المُتعدِّدة خصائص تُميِّزها، انظر الجدول الآتي:

السكريات المتعددة
المثال	الصيغة البنائية	الأهمية
النشا: يتكوَّن من: - الأميلوز: من السُّكَّريات المُتعدِّدة، وهو يكون على شكل سلاسل غير مُتفرِّعة من الغلوكوز. - الأميلوبكتين: من السُّكَّريات المُتعدِّدة، وهو يكون على شكل سلاسل من الغلوكوز مُتفرِّعة في بعض المواقع. - يتكون النشا في غالبية النباتات من % 20 - % 30 أميلوز، ومن % 70 - % 80 على صورة أميلوبكتين.		تخزين سُكَّر الغلوكوز في النباتات.
الغلايكوجين: يتكوَّن من سلاسل من الغلوكوز كثيرة التفرُّع.		تخزين سُكَّر الغلوكوز في أكباد الحيوانات وعضلاتها.
السيليلوز: يتكوَّن من ألياف دقيقة، تتألَّف من وحدات من الغلوكوز ترتبط فيما بينها بروابط غلايكوسيدية، مُشكِّلةً سلاسل غير مُتفرِّعة ترتبط معًا بروابط هيدروجينية.		إكساب الجُدُر الخلوية في النباتات القوَّة والمرونة.

 

أتحقَّق: أُقارِن الروابط الموجودة بين جزيئات الغلوكوز في السلسلة الواحدة من السيليلوز بالروابط الموجودة بين سلاسل الغلوكوز المُتوازِية في السيليلوز.

- جزيئات الغلوكوز ترتبط فيما بينها في السلسلة الواحدة بروابط تساهمية غلايكوسيدية، في حين ترتبط سلاسل الغلوكوز المتوازية معا بروابط هيدروجينية.

 

2- البروتينات Proteins

- تتألَّف البروتينات من وحدات بنائية أساسية تُسمّى الحموض الأمينية Amino Acids.

- وترتبط الحموض الأمينية معًا بروابط تساهمية ببتيدية.

- تشترك الحموض الأمينية - فيما بينها- في صيغتها العامة التي تحوي نوعين من المجموعات الكيميائية، هما: مجموعة الكربوكسيل (COOH) ومجموعة الأمين (NH₂)، إضافةً إلى سلسلة جانبية يُرمَز إليها بالرمز R، وتختلف من حمض أميني إلى آخر؛ ما يجعل لكلِّ حمض أميني خصائص ينفرد بها عن غيره، انظر الشكل الآتي:

- يحتوي الحمض الأميني غلايسين Glycine على ذَرَّة الهيدروجين H بدلً
من السلسلة الجانبية،

- في حين تحتوي السلسلة الجانبية في الحموض الأمينية الأُخرى على الكربون، ومن الأمثلة على هذه السلاسل الجانبية: CH2SH، CH₂OH ، انظر الشكل الآتي:

سؤال: أُحدِّد السلسلة الجانبية في كل حمض أميني ورد ذكره في الشكل.

- غلايسين : H     -      سيرين: CH₂OH      -      سستين CH₂SH

- يدخل في تركيب البروتينات عشرون حمضًا أمينيًّا مختلفًا.

- يستطيع جسم الإنسان فقط تصنيع أحد عشر حمضًا أمينيًّا منها.

- أمّا الحموض الأمينية التسعة الأُخرى فيحصل عليها الجسم من الغذاء، وهي تُسمّى الحموض الأمينية الأساسية.

- تُصنَّف الحموض الأمينية وَفقًا لخصائص السلاسل الجانبية التي تحويها إلى مجموعتين رئيستين، هما: الحموض الأمينية المُحِبَّة للماء، والحموض الأمينية الكارهة للماء.

الربط بالكيمياء المجموعة الوظيفية: مجموعة من الذَّرّات في المُركَّب العضوي، تُسهِم في تمييز مُركَّب عن غيره من المُركَّبات، ومن أمثلتها: - مجموعة الهيدروكسيل (OH). - مجموعة الكربوكسيل(COOH) - مجموعة الأمين (NH2) - مجموعة الفوسفات (-PO43)

 

الربط بالصحة النفسية أثر التربتوفان في تحسين المزاج   يحتاج جسم الإنسان إلى الحمض الأميني تربتوفان ،Tryptophan الذي يُعَدُّ أحد الحموض الأمينية الأساسية التي تدخل في تصنيع الناقل العصبي الهرموني السروتونين، ويُسمّى أيضًا هرمون السعادة. وقد أشارت دراسات منشورة إلى أنَّ الحمض الأميني تربتوفان يُسهِم في تحسن المزاج وتخفيف التوتُّر لدى الأشخاص من مختلف الأعمار، فضلاً عن وجود علاقة بين احتواء حليب الأطفال الرُّضَّع على هذا الحمض وخلودهم إلى النوم براحة وهدوء.

 

أتحقَّق: ما الذي يُميِّز حمضًا أمينيًّا من آخر؟

- السلسلة الجانبية التي يرمز لها بالرمز(R) وتختلف من حمض أميني لآخر، ما يجعل لكلِّ حمض أميني خصائص ينفرد بها عن غيره.

- تُمثِّل البروتينات أكثر من % 50 من الكتلة الجافة لمعظم الخلايا.

- البروتينات تؤدّي وظائف مختلفة في أجسام الكائنات الحيَّة، مثل ألياف الكولاجين التي تمنح الغضاريف المرونة والقوَّة، انظر الشكل الآتي الذي يُبينِّ وظائف
أُخرى للبروتينات.

- قد ترتبط البروتينات بالسُّكَّريات، مُكوِّنةً بروتينات سُكَّرية، ومن الأمثلة عليها مُولِّدات الضد Antigens التي توجد على سطوح خلايا الجسم، ولا يُسبِّب وجودها في الحالات الطبيعية حدوث استجابة مناعية ضدها في الجسم.

- في حين تُسبِّب مُولِّدات الضد الغريبة (غير الذاتية) التي تدخل الجسم حدوث استجابة مناعية ضدها في الجسم.

- من الأمثلة عى مُولِّدات الضد في جسم الإنسان: مُولِّد الضد (A) الذي يوجد عى سطوح خلايا الدم الحمراء لدى كل شخص فصيلة دمه(A) بحسب نظام ABO لفصائل الدم.

- ووَفقًا لهذا النظام، فإنَّه توجد أربع فصائل لدم الإنسان، هي: فصيلة الدم A، وفصيلة الدم ،B وفصيلة الدم AB ، وفصيلة الدم O. وتصنف هذه الفصائل بناءً على وجود أحد مُولِّدي الضد A، أو B، أو كليها، أو عدم وجودهما.

- انظر الجدول الآتي الذي يُبينِّ مُولِّدات الضد عى سطوح خلايا الدم الحمراء والأجسام المضادة في البلازما لفصائل الدم الأربع بحسب نظام ABO.

فصائل الدم بحسب نظام ABO.
فصيلة الدم	O	A	B	AB
خلايا الدم الحمراء
مُولِّدات الضد على سطوح خلايا الدم الحمراء	لا يوجد
الأجسام المضادة في البلازما				لا يوجد

 

- يوجد نظام آخر يُعرَف بنظام العامل الريزيسي Rh ، ويشير إلى وجود مُولِّد ضد على سطوح خلايا الدم الحمراء يُسمّى مُولِّد الضد D، أو عدم وجوده.

- وفي حال وجود مُولِّد الضد D على سطوح خلايا الدم الحمراء، يوصَف الشخص بأنَّه موجب العامل الريزيسي ⁺ Rh.

- أمّا في حال عدم وجوده، فيوصَف الشخص بأنَّه سالب العامل الريزيسي ^- Rh، ولا يوجد في بلازما دمه أجسام مضادة (Anti-D)، إلّا أنَّه يُنتِجها في صورة استجابة مناعية إذا نُقِلت إليه خلايا دم حمراء من شخص موجب العامل الريزيسي.

- عند نقل خلايا دم حمراء من شخص إلى آخر، فإنَّه يُنظَر إلى مُولِّدات الضد التي على سطوح خلايا الدم الحمراء لدى المُتبرِّع Donor ، وإلى الأجسام المضادة في بلازما الدم لدى المُستقبِل Recipient.

-فمثلًا، عند نقل خلايا دم حمراء من مُتبرِّع فصيلة دمه A إلى مُستقبِل فصيلة دمه B، فإنَّ الأجسام المضادة (Anti-A) التي في بلازما دم المُستقبِل ترتبط بمُولِّدات الضد A على سطوح خلايا الدم الحمراء للمُتبرِّع، مُسبِّبةً تحلُّلها.

-فتظهر على المُستقبِل أعراض عديدة، مثل: القشعريرة، والحُمّى، وقد يصاب بقصور في وظائف الكُلى، وقد يؤدّي ذلك إلى وفاته.

- وفي سياق مُتَّصِل، إذا كان الشخص سالب العامل الريزيسي ^- Rh فلا يُمكِنه استقبال خلايا دم حمراء من مُتبرِّع موجب العامل الريزيسي⁺ Rh ؛ ذلك أنَّ جسمه سيُكوِّن أجسامًا مضادةً (Anti-D) في بلازما دمه، بوصفها استجابةً مناعيةً، فترتبط الأجسام المضادة (Anti-D) في بلازما دم المُستقبِل بمُولِّدات
الضد D على سطوح خلايا الدم الحمراء في دم المُتبرِّع، انظر الشكل الآتي:

أفكر: يحثُّ ديننا الحنيف على الاعتدال في المأكل والمشرب. قال تعالى: {وَكُلُوا وَاشْرَبُوا وَلَا تُسْرِفُوا إِنَّهُ لَا يُحِبُّ الْمُسْرِفِينَ}(سورة الأعراف، الآية 31). يُسهِم تناول الغذاء المُتوازِن في المحافظة على صحة الجسم. اعتمادًا على ما تعلَّمْتُه عن وظائف البروتينات، أُبيِّن أثر عدم تناول البروتينات بكمِّيات مُناسِبة في صحة جسمي.

- قد تتأثر بعض الوظائف في الجسم، مثل: نقل الغازات، والتفاعلات الكيميائية، والاستجابة المناعية، واستقبال الخلايا للمواد الكيميائية مثل بعض أنواع الهرمونات، كما قد تؤثر في مرونة الغضاريف وقوتها.

أتحقَّق: أذكر الأعراض التي قد تظهر على شخص فصيلة دمه (A) عند نقل خلايا دم حمراء إليه من مُتبرِّع فصيلة دمه(B).

- قد تسبِّب تحلُّل خلايا الدم الحمراء، وقد تظهر على المُستقبِل أعراض عديدة، مثل: القشعريرة، والحُمّى، وقد يصاب بقصور في وظائف الكُلى، وقد يؤدّي ذلك إلى وفاته.

أفكّر: يحتاج مريض فصيلة دمه ^- O إلى نقل وحدتين من بلازما الدم. إذا توافرت وحدتا بلازما، إحداهما من مُتبرِّع فصيلة دمه ⁺ AB ، والأُخرى من مُتبرِّع فصيلة دمه ⁺ B، فهل يُمكِن استخدام كلتا الوحدتين لنقل البلازما إليه، أم يُكتفى بإحداهما لعدم مُناسَبة الأُخرى لدمه؟ أُبرِّر إجابتي.

- المستقبل سالب العامل الريزيسي يحتاج إلى البلازما وليس إلى دم بجميع مكوناته ( لن تنقل له خلايا الدم الحمراء التي تحمل على سطوحها مولّدات الضد، بل سينقل إليه بلازما الدم الذي يحتوي على الأجسام المضادة)وبما أن المريض لا يوجد على سطوح خلايا دمه الحمراء أيًا من مولدات الضد؛ إذا يمكن للمريض استقبال كلتا الوحدتين من البلازما.

مثال
أُصيب شخص فصيلة دمه - A في حادث سير، واستدعت حالته نقل خلايا دم حمراء إليه، ورغب اثنان من أصدقائه التبرُّع بخلايا دم حمراء له، وكانت فصيلة دم أحدهما + AB ، وفصيلة دم الآخر - O. أيُّ الصديقينِ يُمكِنه فقط التبرُّع له؟ (علمًا بأنَّ المصاب لم تُنقَل إليه خلايا دم حمراء من قبلُ). المعطيات: المُتبرِّعان المُحتمَلان: + AB ، و - O، المُستقبِل: - A. المطلوب: تحديد المُتبرِّع الذي فصيلة دمه تُناسِب الشخص المصاب (المُستقبِل). الحل: 1) في حالة المُتبرِّع الذي فصيلة دمه + AB:
مُولِّدات الضد لدى المُتبرِّع المُحتمَل الأوَّل الذي فصيلة دمه + AB	الأجسام المضادة لدى المُستقبِل الذي فصيلة دمه - A
A و B	Anti-B
D	سيُكوِّن Anti-D (استجابة مناعية).
لا يُمكِن للمُتبرِّع الأوَّل التبرُّع بالدم؛ لأنَّ الأجسام المضادة Anti-B من بلازما دم المُستقبِل سترتبط بمُولِّدات الضد B على سطوح خلايا الدم الحمراء من دم المُتبرِّع، مُسبِّبةً تحلُّلها، وستظهر على المُستقبِل (المصاب) أعراض عديدة، مثل: القشعريرة، والحُمّى، وقد يصاب بقصور في وظائف الكُلى، وقد يؤدّي ذلك إلى وفاته. فيما يتعلَّق بنظام Rh ، سيُكوِّن المُستقبِل أجسامًا مضادةً Anti-D - بوصفها استجابةً مناعيةً - ترتبط بمُولِّدات الضد D على سطوح خلايا الدم الحمراء من دم المُتبرِّع. 2) في حالة المُتبرِّع الذي فصيلة دمه - O:
مُولِّدات الضد لدى المُتبرِّع المُحتمَل الثاني الذي فصيلة دمه - O	الأجسام المضادة لدى المُستقبِل الذي فصيلة دمه - A
ــــــــــــــــــــــــــــ	Anti-B
وبالتالي فإن، المُتبرِّع الذي فصيلة دمه - O هو الذي يُمكِنه التبرُّع بالدم (بخلايا دمه الحمراء( للمصاب؛ نظرًا إلى عدم وجود مُولِّدات الضد B، و D على سطوح خلايا الدم الحمراء في دم هذا المُتبرِّع.

 

ما مستويات تركيب البروتينات؟

مستويات تركيب البروتينات Levels of Proteins Structure

- تختلف البروتينات بعضها عن بعض تبعًا لاختلاف الحموض الأمينية التي تدخل في تركيبها، وعددها، وتسلسلها.

- توجد أربعة مستويات تركيبية للبروتينات، هي:

التركيب الأوَّلي Primary Structure ، والتركيب الثانوي Secondary Structure ، والتركيب الثلاثي Tertiary Structure ، والتركيب الرباعي ،Quaternary Structure انظر الشكل الآتي.

التركيب الأوَّلي Primary Structure

- ترتبط الحموض الأمينية معًا بروابط تساهمية ببتيدية،ويُنزَع جزيء ماء عند تشكيل كل رابطة ببتيدية، فتتشكَّل سلسلة عديد الببتيد.

مثال:

سلسلة عديد ببتيد تتكوَّن من ( 10 )
حموض أمينية:
- أحسُبُ عدد الروابط الببتيدية المُتكوِّنة.
- أحسُبُ عدد جزيئات الماء الناتجة.
الحل:
- عدد الروابط الببتيدية المُتكوِّنة هو ( 9) روابط.
- عدد جزيئات الماء الناتجة هو ( 9) جزيئات.

 - ويوصَف تسلسل الحموض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد بأنَّه التركيب الأوَّلي للبروتين.

- وتكون مجموعة الأمين في بدايتها (تُسمّى الطرف N).

- وتكون مجموعة الكربوكسيل في نهايتها (تُسمّى الطرف C).

انظر الشكل الآتي:

يُمثِّل التركيب الأولي للبروتين الهيكل الأساسي لمستويات البروتن الأُخرى، وهو لا يؤدّي أيَّ وظيفة في صورته الأوَّلية.

أتحقَّق: لماذا يُُحتمَل أنْ تختلف سلسلتا عديد ببتيد، إحداهما عن الأُخرى، بالرغم من تكوُّنهما من الحموض الأمينية نفسها، واحتوائها على العدد نفسه
من هذه الحموض؟

- لاختلافهما في تسلسل الحموض الأمينية المكونة لكل منهما.

سؤال: أُنشِئ مُُخطَّطًا مفاهيميًّا باستخدام رسوم Smart Art لتوضيح مستويات تركيب البروتينات، ثم أُضيف إليه تدريجيًّا ما سأتعلَّمه عنها في الصفحات التالية.

- 

البروتينــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــات
مستويــــــــــــــــــــــــات التركيـــــــــــــــــــــــــــــــــــــب
التركيب الأولي	التركيب الثانوي	التركيب الثلاثي	التركيب الرباعي
- ترتبط الحموض الأمينية معًا بروابط تساهمية ببتيدية، فتتشكَّل سلسلة عديد الببتيد. - يمثل الهيكل الأساسي لمستويات البروتين الأخرى. - لا يؤدي البروتين الأوَّلي أي وظيفة في صورته الأولية.	- ينتج من التفاف سلسلة عديد ببتيد واحدة، وتكوُّن روابط هيدروجينية في مناطق محددة منها. - يوجد تركيبان ثانويان شائعان: حلزون ألفا، والصفيحة المطوية بيتا.	- ينتج من طي التراكيب الثانوية في سلسلة عديد الببتيد. - تعمل أنواع مختلفة من الروابط تكون غالبا بين ذرّات السلاسل الجانبية R لسلسة عديد الببتيد على تثبيت شكل التركيب الثلاثي. من الأمثلة على هذه الروابط: الهيدروجينية، وثنائي الكبريتيد، والأيونية، وقوى ضعيفة مثل فاندرفال. - من الأمثلة على بروتين تركيبه ثلاثي: بروتين الميوغلوبين. - إذا فقد البروتين تركيبه الثلاثي، فإن ذلك يفقده القدرة على أداء وظيفته الحيوية.	- يتكون من سلسلتين أو أكثر من عديد الببتيد. - تعمل أنواع مختلفة من الروابط على تثبيت الشكل الرباعي. - من أمثلته: الهيموغلوبين، والكولاجين

 

التركيب الثانوي Secondary Structure

كيف ينتج التركيب الثانوي؟

- ينتج التركيب الثانوي من التفاف سلسلة عديد ببتيد واحدة، وتكوُّن روابط هيدروجينية في مناطق مُُحدَّدة منها، وهي روابط تعمل على تثبيت التركيب الثانوي واستقراره.

- يوجد تركيبان ثانويان شائعان، أحدهما حلزوني يُسمّى حلزون ألفا α-Helix ، والآخر يُسمّى الصفيحة المطوية بيتا β-Sheet .

التركيب الثانوي للبروتين
حلزون ألفا α-Helix - يتكوَّن تركيب حلزون ألفا عند التفاف سلسلة عديد الببتيد، وتكوُّن روابط هيدروجينية بين ذَرَّة الأكسجين في مجموعة الكربوكسيل في حمض أميني وذَرَّة الهيدروجن في مجموعة الأمين في حمض أميني آخر يبعد عن الحمض الأميني الأوَّل أربعة حموض أمينية، أنظر الشكل المجاور
الصفيحة المطوية بيتا β-Sheet - أمّا تركيب الصفيحة المطوية بيتا فيتكوَّن عند ارتباط جزأين أو أكثر من سلسلة عديد الببتيد نفسها بروابط هيدروجينية؛ إذ تكون هذه الأجزاء المُكوِّنة لسلسلة عديد الببتيد بجانب بعضها في شكل مُتعرِّج (zig-zag)؛ ما يتيح لها تكوين الروابط الهيدروجينية في ما بينها، انظر الشكل المجاور

 

أفكّر: أُحدِّد الذَّرّات التي تتكوَّن بينها روابط هيدروجينية في حمضين أمينيين عند التفاف سلسلة عديد الببتيد، وتكوُّن تركيب حلزون ألفا.

- تكوُّن روابط هيدروجينية بين ذَرَّة الأكسجين في مجموعة الكربوكسيل في حمض أميني وذَرَّة الهيدروجين في مجموعة الأمين في حمض أميني آخر يبعد عن الحمض الأميني الأوَّل أربعة حموض أمينية.

 

التركيب الثلاثي Tertiary Structure

- ينتج التركيب الثلاثي من طَيِّ التراكيب الثانوية في سلسلة عديد الببتيد.

- وتعمل أنواع مختلفة من الروابط تكون غالبًا بين ذَرّات السلاسل الجانبية R لسلسلة عديد الببتيد على تثبيت شكل التركيب الثلاثي، انظر الشكل الآتي:

- من الأمثلة عى البروتينات ذات التركيب الثلاثي: بروتين الهيموغلوبين الذي يحمل الأكسجين في العضلات، وينتج من طَيِّ التراكيب الثانوية لحلزون ألفا. وفي حال فَقَدَ أحد البروتينات تركيبه الثلاثي، فإنَّ ذلك يُفقِده القدرة على أداء وظيفته الحيوية، كا يحدث في الإنزيمات.

أفكّر:ما التركيب الثانوي الذي نتج من طَيِّه بروتين الهيموغلوبين؟

- التراكيب الثانوية لحلزون ألفا .

أتحقَّق: كيف يتكوَّن التركيب الثلاثي للبروتينات؟

- ينتج التركيب الثلاثي من طيّ التراكيب الثانوية في سلسلة عديد الببتيد، وتعمل أنواع مختلفة من الروابط تكون غالبا بين ذرات السلاسل الجانبية R لسلسلة عديد الببتيد على تثبيت شكل التركيب الثلاثي. ومن الأمثلة على هذه الروابط: الرابطة الهيدروجينية، رابطة ثنائي الكبريتد والرابطة الأيونية.

التركيب الرباعي Quaternary Structure

- يُطلَق اسم التركيب الرباعي على البروتينات التي تتكوَّن من سلسلتين أو أكثر من عديد الببتيد، خلافًا للتركيب الأوَّلي والتركيب الثانوي والتركيب الثلاثي؛ إذ يتكوَّن كلٌّ منها من سلسلة عديد ببتيد واحدة.

- علماً بأنَّ التركيب الرباعي يُثبَّت عن طريق روابط مختلفة، شأنه في ذلك شأن التركيب الثلاثي.

- من الأمثلة على البروتينات ذات التركيب الرباعي: الهيموغلوبن الذي يتألَّف من أربع سلاسل ببتيدية؛ اثنتان منها من النوع ،α واثنتان أُخريان من النوع β، انظر الشكل الآتي:

- لكنَّ ذلك لا يعني بالضرورة أنَّ جميع البروتينات ذات التركيب الرباعي تتألَّف من أربع سلاسل ببتيدية؛ فالكولاجين مثلاً هو من البروتينات ذات التركيب الرباعي، إلّّا أنَّه يتكوَّن من ثلاث سلاسل ببتيدية.

- يُذكَر أنَّ سلسلتي ألفا وسلسلتي بيتا في الهيموغلوبن لا تعني حلزون ألفا والصفيحة المطوية بيتا.

 

تصنيف البروتينات Classification of Proteins
تُصنَّف البروتينات وَفقًا لشكلها النهائي الثلاثي الأبعاد إلى نوعين، هما:

البروتينات الكروية Globular Proteins		البروتينات الليفية Fibrous Proteins
- يتكوَّن هذا النوع من بروتينات تركيبها ثلاثي أو رباعي، مثل الهيموغلوبين ومعظم الإنزيمات. - تؤدّي البروتينات الكروية دورًا في عمليات الجسم الحيوية. - وتكون ذائبة في الماء ؛ نظرًا إلى وجود سلاسلها الجانبية R القطبية (المُحِبَّة للماء) في اتجاه الخارج مُواجِهةً المحاليل المائية التي تحيطها، ووجود سلاسلها الجانبية R غير القطبية (الكارهة للماء) في اتجاه الداخل.		- يتكوَّن هذا النوع من بروتينات تركيبها ثانوي، أو ثلاثي، أو رباعي، ومن أمثلته: بروتين الفايبرين Fibrin الذي له دور في تجلُّط الدم. -لا تكون البروتينات الليفية غالبًا ذائبة في الماء ؛ لأنَّ سلاسلها الجانبية R غير القطبية (الكارهة للماء) تكون في اتجاه الخارج مُواجِهةً المحاليل المائية.
توجد بروتينات تتكوَّن من أجزاء ليفية وأُخرى كروية، مثل بروتين الميوسين في العضلة الهيكلية.

 

أتحقَّق: لماذا تكون البروتينات الكروية ذائبة في الماء؟

- تكون ذائبة في الماء ؛ نظرًا إلى وجود سلاسلها الجانبية R القطبية (المُحِبَّة للماء) في اتجاه الخارج مُواجِهةً المحاليل المائية التي تحيطها، ووجود سلاسلها الجانبية R غير القطبية (الكارهة للماء) في اتجاه الداخل.

 

الربط بالصحة تُُجرى فحوص مخبرية لتعرُّف مستويات بعض البروتينات والإنزيمات في الدم؛ ما يساعد على كشف الإصابة بمرض مُعينَّ. فمثلاً، تُفحَص عيِّنة الدم للكشف عن إنزيم يُسمّى (Alanine Aminotransferase (ALT ؛ وهو إنزيم يوجد في خلايا الكبد، ويعمل عى تحويل الحمض الأميني ألانين إلى بيروفيت. وفي حال تسرَّب هذا الإنزيم من الكبد إلى الدم نتيجة خلل في خلايا الكبد ، فإنَّ مستوياته في الدم سترتفع. أُعِدُّ منشورًا لتوعية المجتمع المحي بأهمية الفحوص الطبية الدورية في المحافظة على الصحة.

 

3- الليبيدات Lipids

- لليبيدات وظائف عِدَّة في أجسام الكائنات الحيَّة:

1- إذ تُشكِّل طبقة عازلة تحت جلد الإنسان وبعض الحيوانات؛ ما يحول دون فقدان الحرارة من أجسامهم.

2- وتدخل في تركيب الأغشية البلازمية، والهرمونات الستيرويدية، وفي تركيب الفيتامينات الذائبة في الدهون (فيتامين A، و ،K و E، و D).

3- وتُعَدُّ مصدرَ طاقةٍ مُهِماًّ للكائنات الحيَّة.

التعليم المدمج: أُلخِّص وظائف الليبيدات التي درسْتُها في أجسام الكائن الحيِّ مستعينًا بصور من شبكة الإنترنت، ثم أستخدم برمجية Power point لعرضها
أمام زملائي/ زميلاتي في الصف.

- يحضّر الطلبة عروضًا تقديمية تحوي صورا موضّحة لوظائف الليبيدات، وهي: أنها تشكّل طبقة عازلة ما يحول دون فقدان الحرارة من أجسام هذه الكائنات الحية، تدخل في تركيب الأغشية البلازمية والهرمونات الستيرويدية، والفيتامينات الذائبة في الدهون ، مصدرا للطاقة.

- توجد صفة مشتركة بين الليبيدات جميعها، تتمثَّل في عدم امتزاجها بالماء.

- تُصنَّف الليبيدات إلى أنواع عِدَّة، منها: الحموض الدهنية، والدهون الثلاثية، والليبيدات المُفسفَرة ، والستيرويدات.

 

الحموض الدهنية Fatty Acids

تدخل الحموض الدهنية في تركيب معظم الليبيدات. - ومنها ما يكون حُرًّا. -يتكوَّن الحمض الدهني من مجموعة كربوكسيل(COOH)، وسلسلة هيدروكربونية، أنظر الشكل المجاور

 

تُصنَّف الحموض الدهنية إلى نوعين، هما:

- الحموض الدهنية المُشبَعة:	- الحموض الدهنية غير المُشبَعة:
- وفيها تكون الروابط جميعها أُحادية بين ذَرّات الكربون في السلسلة الهيدروكربونية، انظر الشكل الآتي. - ومن أمثلتها: حمض البالميتك Palmitic Acid ؛ وهو المُكوِّن الرئيس لزيت النخيل.	- وفيها توجد رابطة ثنائية واحدة على الأقل بين ذَرّات الكربون في السلسلة الهيدروكربونية، انظر الشكل الآتي: - ومن أمثلتها:حمض الأوليك Oleic Acid ؛ وهو المُكوِّن الرئيس لزيت الزيتون.

الدهون الثلاثية Triglycerides

- الدهون الثلاثية Triglycerides : هي الليبيدات التي تتكوَّن من اتحاد جزيء غليسرول واحد مع ثلاثة جزيئات من الحموض الدهنية بروابط تساهمية إسترية، انظر الشكل الآتي:

أُوضِّح السبب الذي يؤدّي إلى إنتاج ثلاثة جزيئات ماء عند تكوُّن جزيء دهن ثلاثي.

- يتحرر جزيء ماء واحد من اتحاد جزيء حمض دهني مع الغليسرول لتكوين أربطة إسترية؛ إذ ترتبط ذرة هيدروجين من الحمض الدهني بمجموعة(OH) من الغليسرول. وبما أن الدهن الثلاثي يتكوّن من اتحاد ثلاثة جزيئات من الحموض الدهنية مع جزيء غليسرول، إذن يتحرر ثلاثة جزيئات ماء .

- تعتمد خصائص الدهون الثلاثية على خصائص الحموض الدهنية المُكوِّنة لها؛ إذ تكون معظم الدهون الثلاثية غير المُشبَعة سائلة في درجة حرارة الغرفة،
مثل معظم الزيوت النباتية.

- في حين تكون الدهون الثلاثية المُشبَعة صُلْبة في درجة حرارة الغرفة وتُسمّى دهونًا، مثل: الزبدة، والسمن الحيواني.

الربط بعلم التصنيع الغذائي تعمل بعض مصانع الزيوت على تحويل الزيوت السائلة إلى سمن نباتي، أو زبدة شبه صُلْبة، عن طريق عملية كيميائية تُسمّى هدرجة الزيوت، وذلك بإضافة الهيدروجين إلى الزيوت السائلة غر المُشبَعة؛ لتحويلها إلى زيوت مُشبَعة ذات قوام مرغوب فيه. من الأمثلة عى الدهون المُهدرَجة صناعيًّا: السمن النباتي، والزبدة الصناعية (المارجرين)، وبعض أنواع زبدة الفول السوداني. وقد حذَّرت مُنظَّمات غذائية عِدَّة من استخدام الزيوت المُهدرَجة في الغذاء؛ نظرًا إلى ما تُسبِّبه من أمراضٍ للقلب، وتصلُّبٍ للشرايين، وأوصت بضرورة قراءة بطاقة المعلومات عى المواد الغذائية بعناية.

 

الليبيدات المُفسفَرة Phospholipids

- الليبيدات المُفسفَرة: هي الليبيدات التي تتكوَّن من جزيء غليسرول مُرتبِط بمجموعة فوسفات، فيتشكَّل رأس قطبي مُُحِبٌّ للماء.

- وفي الوقت نفسه، يرتبط جزيء الغليسرول بجزيئين من الحموض الدهنية، فيتشكَّل ذيلان كارهان للماء.

- يحتوي الغشاء البلازمي على طبقة مُزدوَجة من الليبيدات المُفسفَرة التي تترتَّب في صفَّين مُتقابِلين. وفيها تُقابِل الرؤوس القطبية الماء، في حين تبتعد
عنه الذيول الكارهة له، أنظر الشكل الآتي.

- لا تمرُّ المواد الذائبة في الماء بسهولة عبر الغشاء البلازمي؛ نظرًا إلى وجود الجزء غير القطبي (الذيول الكارهة للماء) الذي يقع وسط الغشاء، ويُعوِّق مرور هذه المواد؛ ما يُنظِّم حركة المواد بين داخل الخلية وخارجها.

أفكّر: لماذا تَتَّجِه ذيول الحموض الدهنية إلى الداخل في الغشاء البلازمي؟

- تتجه بعيدا عن الماء لأنها كارهة له.

الستيرويدات Steroids

- الستيرويدات: هي الليبيدات التي تتكوَّن من أربع حلقات كربونية مُلتحِمة؛ ثلاث منها سداسية، وواحدة خماسية، إضافةً إلى مجموعة كيميائية ترتبط بالحلقة الرابعة، وتختلف من ستيرويد إلى آخر، انظر الشكل الآتي.

- يُعَدُّ الكولسترول مثالا على الستيرويدات، ويستطيع جسم الإنسان تصنيعه في الكبد، ويُمكِن الحصول عليه من مصادر غذائية حيوانية.

- وهو يدخل في تركيب الأغشية البلازمية الحيوانية، والهرمونات الستيرويدية، مثل الألدوستيرون الذي يؤدّي دورًا في تنظيم عمل الوحدة الأنبوبية الكلوية.

- وبالرغم من أهمية الكولسترول، فإنَّ مستوياته العالية في الدم قد تكون لها صلة بأمراض القلب والأوعية الدموية.

أتحقَّق: أُوضِّح الفرق بين الدهون الثلاثية والستيرويدات من حيث التركيب.

- تتكوّن الدهون الثلاثية من اتحاد جزيء غليسرول واحد مع ثلاثة جزيئات من الحموض الدهنية بروابط تساهمية إسترية.

- بينما يتكون الستيرويد من أربع حلقات كربونيّة ملتحمة، ثلاث منها سداسية وواحدة خماسية، إضافة إلى مجموعة كيميائية ترتبط بالحلقة الأربعة، والتي تختلف من ستيرويد إلى آخر.

الربط بعلم البحار دور الليبيدات في تكيُّف أسماك القرش على العيش في أعماق البحار أودع الله تعالى خصائص عِدَّة في أسماك القرش التي تعيش في أعماق البحار تساعدها على الطفو، منها: نسبة الليبيدات في أكبادها، وقوَّة عضلاتها. وقد أشارت دراسات عديدة إلى أنَّ أكباد أسماك القرش التي تعيش في أعماق البحار هي أكثر حجماً من أكباد مثيلاتها التي تعيش في المياه الضحلة، وأنَّ نسبة الليبيدات في أكبادها أكثر أيضًا. وجد العلماء أنَّ نسبة الألياف العضلية في أجسام أسماك القرش هذه هي أقل من نسبتها في أجسام مثيلاتها التي تعيش في المياه الضحلة. وقد انتهت نتائج الدراسات في هذا المجال إلى أنَّ نسبة الليبيدات المرتفعة تُقلِّل من كثافة أجسام أسماك القرش؛ ما يُمكِّنها من الطفو، والحفاظ على ارتفاع مُناسِب لها في الماء، من دون بذل مجهود عضلي كبير، وهو ما يُعَدُّ وسيلة لتقليل استهلاك الطاقة في بيئاتها الفقيرة بالغذاء.

 

4- الحموض النووية Nucleic Acids

- درسْتُ سابقًا أنَّ الحموض النووية نوعان: حمض نووي رايبوزي منقوص الأكسجين DNA ، وحمض نووي رايبوزي RNA.

- تتألَّف الحموض النووية من وحدات بنائية تُسمّى النيوكليوتيدات Nucleotides ، ويتكوَّن كل نيوكليوتيد من إحدى القواعد النيتروجينية، وسُكَّر خماسي، ومجموعة فوسفات، انظر الشكل الآتي.

تصنيف القواعد النيتروجينية:

 - تُصنَّف القواعد النيتروجينية التي تدخل في تركيب النيوكليوتيدات إلى بيورينات وبيريميدينات، أنظر الشكل الآتي:

بيورينات Purines	بيريميدينات Pyrimidines
يتكوَّن كلٌّ منها من حلقتين، انظر الشكل الآتي:	يتكوَّن كلٌّ منها من حلقة واحدة، انظر الشكل الآتي:

 

سؤال: أيُّ القواعد النيتروجينية تُعَدُّ من البيورينات؟ وأيُّها تُعَدُّ من البيريميدينات؟

- البيورينات: غوانين (G)، وأدينين (A)
البيريميدينات: سايتوسين (C)، و ثايمين (T)، ويوراسيل (U).

- يعمل الحمض النووي DNA عى نقل الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء. ويُبينِّ الشكل الآتي جزيء DNA الذي يتكوَّن من سلسلتين من النيوكليوتيدات، تلتفّان على هيئة سُلَّم حلزوني مُزدوَج.

- ترتبط النيوكليوتيدات بعضها ببعض في السلسلة الواحدة عن طريق روابط فوسفاتية ثنائية الإستر ، انظر الشكل أعلاه (أ).

- ترتبط البيورينات في إحدى سلسلتي الحمض النووي DNA بالبيريميدينات المُكمِّلة لها في السلسلة المُقابِلة عن طريق روابط هيدروجينية.

- أمّا نسبة البيورينات إلى نسبة البيريميدينات في DNA فثابتة وَفقًا لقاعدةٍ تُعرَف بقاعدة تشارغاف Chargaff ؛ ذلك أنَّ البيورين يرتبط دائماً بالبيريميدين المُكمِّل له في السلسلة المُقابِلة.

- فمثلاً، إذا احتوت قطعة من DNA على (% 25) من الأدينين، فإنَّ نسبة الثايمين في السلسلة المُقابِلة تكون مُساوِية لها.

- في عام 1953 م، توصَّل العالِمِان واتسون Watson وكريك Crick إلى بناء نموذج لجزيء DNA ، ونالا جائزة نوبل في الفسيولوجيا والطب تكريماً لهما على هذا الإنجاز، انظر الشكل أعلاه (ب).

- يتكوَّن الحمض النووي RNA غالبًا من سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات، ولكنَّ بعض الفيروسات تحتوي على RNA من سلسلتين.

- يوجد في RNA القاعدة النيتروجينية يوراسيل بدلًا من الثايمين، ويؤدّي جزيء RNA دورًا مهماًّ في عملية تصنيع بروتينات الخلية.

مثال حلَّل باحث قطعتي DNA ، فوجد أنَّ نسبة الأدينين في القطعة الأولى هي (% 31)، وأنَّ نسبة السايتوسين في القطعة الثانية هي (% 27). أيُّ القطعتين تحوي نسبة أعلى من الثايمين؟ المعطيات: القطعة الأولى من DNA تحوي ما نسبته (% 31) من الأدينين، والقطعة الثانية من DNA تحوي ما نسبته (27%) من السايتوسين. المطلوب: تحديد قطعة DNA التي فيها نسبة أعلى من الثايمين. الحل: نسبة الثايمين في DNA تساوي نسبة الأدينين؛ لذا، فإنَّ نسبة الثايمين في القطعة الأولى هي (% 31) ولإيجاد نسبة الثايمين في القطعة الثانية، أحسُبُ نسبة السايتوسين والغوانين فيها: 27% × 2 = 54% ثم أطرح هذه النسبة من % 100 : 100% - 54% = 46% وبالتالي فإن، نسبة الثايمين والأدينين معًا هي (% 46). لإيجاد نسبة الثايمين، أَقسِم الناتج على 2: 46% / 2= 23% وبذلك فإن، نسبة الثايمين هي (% 23). وبذلك، فإنَّ نسبة الثايمين في القطعة الأولى أعلى منها في القطعة الثانية.

 

أتحقَّق: أُقارِن بين DNA و RNA من حيث:
أ- وظيفة كلٍّ منهما.
ب- القواعد النيتروجينية الداخلة في تركيب كلٍّ منهما.

الحمض النووي	DNA	RNA
الوظيفة	يعمل على نقل الصفات الوراثيّة من الآباء إلى الأبناء	يؤدي دورا مهما في عملية تصنيع بروتينات الخلية
القواعد النيتروجينية	أدينين، ثايمين، غوانين، سايتوسين	أدينين، يوراسيل، غوانين، سايتوسين