معلومة

المحاضرة 04: Biomolecules - Biology


طي البروتين وهيكله

لفهم كيفية حصول البروتين على شكله النهائي أو تشكيله ، نحتاج إلى فهم المستويات الأربعة لبنية البروتين: الأولية والثانوية والثالثية والرباعية. للحصول على فيديو تعريف قصير (أربع دقائق) حول بنية البروتين ، انقر هنا.

الهيكل الأساسي

التسلسل الفريد للأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد هو الهيكل الأساسي. يتم تثبيت التسلسل الخطي للأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد معًا بواسطة روابط الببتيد وينتج عنه العمود الفقري المنقوش N-C-N-C-C. تم ترميز البنية الأساسية في الحمض النووي ، وهي عملية ستتعلم عنها في وحدتي "النسخ" و "الترجمة".

شكل 1. تم تصوير رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية. يمثل الشكل الرباعي المظلل الطبيعة المستوية لهذه السند.
الإسناد: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

الشكل 2. يُصوَّر الهيكل الأساسي للبروتين هنا على أنه "خرز على خيط" مع تسمية الطرف N والنهاية C. سيبدأ الترتيب الذي تقرأ به سلسلة الببتيد هذه بالمحطة N مثل Glycine و Isoleucine وما إلى ذلك ، وتنتهي بالميثيونين.
المصدر: إيرين إيسلون (عمل خاص)

الهيكل الثانوي

يؤدي الطي المحلي لعديد الببتيد في بعض المناطق إلى ظهور الهيكل الثانوي من البروتين. الأشكال الأكثر شيوعًا التي تم إنشاؤها بواسطة الطي الثانوي هي α- حلزوني و β-ورقة مطوي الهياكل. يتم تجميع هذه الهياكل الثانوية معًا بواسطة روابط هيدروجينية تتشكل بين العمود الفقري للأحماض الأمينية على مقربة من بعضها البعض. وبشكل أكثر تحديدًا ، يمكن لذرة الأكسجين في مجموعة الكربوكسيل من أحد الأحماض الأمينية أن تشكل رابطة هيدروجينية مع ذرة هيدروجين مرتبطة بالنيتروجين في المجموعة الأمينية لحمض أميني آخر يتكون من أربعة أحماض أمينية على طول السلسلة.

الشكل 3. اللولب الحلزوني والصفائح المطوية β هي هياكل ثانوية من البروتينات التي تتشكل بسبب الرابطة الهيدروجينية بين مجموعات الكاربونيل والأمينية في العمود الفقري للببتيد. تميل بعض الأحماض الأمينية إلى تكوين حلزون ألفا ، بينما يميل البعض الآخر إلى تكوين صفيحة مطوية β.

الهيكل الثالث

الهيكل الفريد ثلاثي الأبعاد لعديد ببتيد هو الهيكل الثالث. يرجع هذا الهيكل جزئيًا إلى التفاعلات الكيميائية في العمل على سلسلة البولي ببتيد. في المقام الأول ، تخلق التفاعلات بين مجموعات R بنية ثلاثية الأبعاد معقدة للبروتين. يمكن لطبيعة مجموعات R الموجودة في الأحماض الأمينية المعنية أن تبطل تكوين روابط الهيدروجين الموصوفة للهياكل الثانوية القياسية. على سبيل المثال ، يتم صد مجموعات R ذات الرسوم المتشابهة من قبل بعضها البعض وتلك التي تحمل رسومًا مختلفة تنجذب إلى بعضها البعض (الروابط الأيونية). عندما يحدث طي البروتين ، تكمن مجموعات R الكارهة للماء من الأحماض الأمينية غير القطبية في الجزء الداخلي من البروتين ، بينما تقع مجموعات R المحبة للماء في الخارج. تُعرف هذه الأنواع من التفاعلات أيضًا باسم التفاعلات الكارهة للماء. يشكل التفاعل بين السلاسل الجانبية للسيستين روابط ثاني كبريتيد في وجود الأكسجين ، وهي الرابطة التساهمية الوحيدة التي تتشكل أثناء طي البروتين.

الشكل 4. يتم تحديد البنية الثلاثية للبروتينات من خلال مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية. وتشمل هذه التفاعلات الكارهة للماء ، والترابط الأيوني ، والروابط الهيدروجينية ، وروابط ثاني كبريتيد. تُظهر هذه الصورة تمثيلًا مسطحًا لبروتين مطوي في هيكل ثلاثي. بدون التسطيح ، سيكون هذا البروتين على شكل كروي ثلاثي الأبعاد.

كل هذه التفاعلات ، الضعيفة والقوية ، تحدد الشكل النهائي ثلاثي الأبعاد للبروتين. عندما يفقد البروتين شكله ثلاثي الأبعاد ، فقد لا يكون فعالاً.

هيكل رباعي

في الطبيعة ، تتكون بعض البروتينات من عدة عديدات ببتيدات ، تُعرف أيضًا بالوحدات الفرعية ، ويشكل تفاعل هذه الوحدات الفرعية هيكل رباعي. تساعد التفاعلات الضعيفة بين الوحدات الفرعية على استقرار الهيكل العام. على سبيل المثال ، يحتوي بروتين متعدد الوحدات يسمى الأنسولين (بروتين كروي) على مزيج من الروابط الهيدروجينية وروابط ثاني كبريتيد التي تربط الوحدات الفرعية المتعددة معًا. مرت كل من هذه الوحدات الفرعية بالطي الأولي والثانوي والثالث بشكل مستقل عن بعضها البعض.

الشكل 5. يمكن ملاحظة المستويات الأربعة لبنية البروتين في هذه الرسوم التوضيحية.
المصدر: تعديل عمل المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري

تمسخ وطي البروتين

لكل بروتين تسلسله وشكله الفريدان المرتبطان ببعضهما البعض بواسطة التفاعلات الكيميائية. إذا تعرض البروتين لتغيرات في درجة الحرارة أو درجة الحموضة أو التعرض للمواد الكيميائية ، فقد يتغير هيكل البروتين ويفقد شكله دون أن يفقد تسلسله الأساسي. تُعرف هذه العملية باسم تمسخ. غالبًا ما يكون التمسخ قابلاً للانعكاس لأنه يتم الحفاظ على الهيكل الأساسي للبولي ببتيد في العملية إذا تمت إزالة عامل تغيير الطبيعة ، مما يسمح للبروتين باستئناف وظيفته. في بعض الأحيان يكون التمسخ لا رجوع فيه ، مما يؤدي إلى فقدان الوظيفة. أحد الأمثلة على تمسخ البروتين الذي لا رجعة فيه هو عندما يتم قلي البيضة. يتم تغيير طبيعة بروتين الألبومين الموجود في بياض البيض السائل عند وضعه في مقلاة ساخنة وتتسبب الحرارة في تفكك خيوط البروتين الموجودة والالتصاق ببعضها البعض في نقاط أقل مرتبة. لا يتم تغيير طبيعة جميع البروتينات في درجات الحرارة المرتفعة ؛ على سبيل المثال ، تحتوي البكتيريا التي تعيش في الينابيع الساخنة على بروتينات تعمل في درجات حرارة قريبة من الغليان. كما أن المعدة شديدة الحموضة ودرجة حموضة منخفضة وتؤدي إلى تغيير طبيعة البروتينات كجزء من عملية الهضم ؛ ومع ذلك ، فإن الإنزيمات الهضمية في المعدة تحتفظ بنشاطها في ظل هذه الظروف.

يعد طي البروتين أمرًا بالغ الأهمية لوظيفته. كان يعتقد في الأصل أن البروتينات نفسها هي المسؤولة عن عملية الطي. في الآونة الأخيرة فقط ، وجد أنهم غالبًا ما يتلقون المساعدة في عملية الطي من مساعدي البروتين المعروفين باسم المرافقون (أو المرافقات) التي ترتبط بالبروتين المستهدف أثناء عملية الطي. إنها تعمل عن طريق منع تراكم البولي ببتيدات التي تشكل بنية البروتين الكاملة ، وتنفصل عن البروتين بمجرد طي البروتين المستهدف.

ملخص الدهون

الدهون هي فئة من الجزيئات الكبيرة التي تكون مسعورة بطبيعتها. تشمل الأنواع الرئيسية الدهون والزيوت والشموع والفوسفوليبيد والمنشطات. اعتمادًا على خصائصها الفيزيائية (المشفرة بتركيبها الكيميائي) ، يمكن للدهون أن تؤدي وظائف عديدة في الأنظمة البيولوجية. يعمل عدد من الدهون كمخازن بيولوجية للطاقة (مثل الدهون). تؤدي بعض الدهون أدوارًا مهمة في صيانة وخصائص الحواجز البيولوجية (على سبيل المثال ، الدهون في غشاء الخلية ، والطلاء الشمعي على الأوراق). تعمل الدهون الأخرى المختلفة كجزيئات مراسلة مهمة تسمح للخلايا بالتواصل مع بعضها البعض (مثل المنشطات والبروستاجلاندين). هنا نستكشف بنية الدهون وخصائصها الكيميائية ونبين كيف ترتبط هذه الخصائص بوظائفها في علم الأحياء.

الدهون

الدهون تشمل مجموعة متنوعة من المركبات. العديد من الدهون هي في جوهرها الهيدروكربونات ، وهي جزيئات تشتمل على العديد من روابط الكربون والكربون غير القطبية أو روابط الكربون الهيدروجينية. توفر وفرة المجموعات الوظيفية غير القطبية للدهون درجة من خاصية مقاومة الماء ("الخوف من الماء") ومعظم الدهون لها قابلية منخفضة للذوبان في الماء. تشمل الدهون جزيئات مثل الدهون والزيوت والشموع والفوسفوليبيد والمنشطات. يؤدون العديد من الوظائف الهامة المختلفة في علم الأحياء (على سبيل المثال ، تخزين الطاقة ، والعزل ، والعمل كحاجز ، وإشارات). إن تنوع جزيئات الدهون ونطاق أنشطتها البيولوجية كبير أيضًا - وربما يكون ذلك مفاجئًا لطالب جديد في علم الأحياء. دعنا نستكشف قليلا.

دهون وزيوت

جزيء الدهون الشائع أو الدهون الثلاثية هو جزيء مشتق من نوعين من المكونات الجزيئية - مجموعة "رأس" قطبية ومجموعة "ذيل" غير قطبية. الجلسرين ، وهو كربوهيدرات ، مركب عضوي يتكون من ثلاثة كربون وخمسة هيدروجين وثلاث مجموعات هيدروكسيل (-OH). مجموعة "رأس" من أ الدهون الثلاثية مشتق من جزيء جلسرين واحد. غير القطبية حمض دهني تتكون مجموعة "الذيل" من ثلاثة هيدروكربونات (مجموعة وظيفية تتكون من روابط C-H) التي تحتوي أيضًا على مجموعة وظيفية كربوكسيل قطبية (ومن هنا جاء مصطلح "الأحماض الدهنية" - مجموعة الكربوكسيل حمضية في معظم الأس الهيدروجيني ذات الصلة بيولوجيًا). قد يتراوح عدد الكربون في الأحماض الدهنية من 4 إلى 36 ؛ الأكثر شيوعًا هي تلك التي تحتوي على 12-18 ذرة كربون. هذه الأنواع من الجزيئات هي بشكل عام كارهة للماء ، وعلى الرغم من أن لها وظائف عديدة ، فمن المحتمل أن تشتهر بأدوارها في دهون الجسم والزيوت النباتية.

شكل 1. يتكون Triacylglycerol من انضمام ثلاثة أحماض دهنية إلى العمود الفقري للجليسرول في تفاعل الجفاف. يتم إطلاق ثلاثة جزيئات من الماء في هذه العملية.
الإسناد: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

ملاحظة: مناقشة ممكنة

توضح نماذج الدهون الثلاثية الموضحة أعلاه المواضع النسبية للذرات في الجزيء. إذا كنت تبحث عن صور للدهون الثلاثية في محرك بحث Google ، فستجد بعض النماذج التي تُظهر ذيول الفوسفوليبيد في مواضع مختلفة تمامًا. ما الذي يمثله النموذج في الكتاب وغيره على الإنترنت بشكل جيد؟ باستخدام حدسك ، أعط رأيًا عن النموذج الذي تعتقد أنه يمثل تمثيلًا أكثر صحة للحياة الواقعية. لماذا ا؟

الشكل 2. حمض الستريك هو حمض دهني مشبع شائع. حمض الأوليك وحمض اللينولينيك من الأحماض الدهنية غير المشبعة الشائعة.
الإسناد: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

ملاحظة: مناقشة ممكنة

تعتمد الخصائص الفيزيائية للدهون الطبيعية المختلفة مثل الزبدة وزيت الكانولا وما إلى ذلك (تتكون في الغالب من الدهون الثلاثية) بشكل كبير على عاملين:
1) عدد الكربون في سلاسل الهيدروكربون.
2) عدد عمليات إزالة التشبع (الروابط المزدوجة) في سلاسل الكربون.
يؤثر العامل الأول على كيفية تفاعل هذه الجزيئات مع بعضها البعض ومع الماء بينما يؤثر العامل الثاني على شكلها بشكل كبير. يؤدي إدخال الرابطة المزدوجة إلى حدوث "تشويش" في الهيدروكربون "المستقيم" نسبيًا (كما هو موضح في شكل مبالغ فيه قليلاً في الشكل 3). بناءً على ما يمكنك تخمينه من هذا الوصف الموجز ، اقترح سببًا منطقيًا - بكلماتك الخاصة - لشرح سبب صلابة الزبدة في درجة حرارة الغرفة بينما يكون الزيت النباتي سائلًا.

الحقيقة: تحتوي الزبدة على نسبة أكبر من الهيدروكربونات الأطول والمشبعة في الدهون الثلاثية مقارنة بالزيت النباتي.

الشكل 3. الأحماض الدهنية المشبعة المباشرة مقابل الأحماض الدهنية غير المشبعة "المنحنية" / "الملتوية".
الإسناد: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

ستيرول

منشطات هي دهون ذات هيكل حلقة مدمجة. على الرغم من أنها لا تشبه الدهون الأخرى التي تمت مناقشتها هنا ، فقد تم تصنيفها على أنها دهون لأنها تتكون أيضًا إلى حد كبير من الكربون والهيدروجين ، وهي كارهة للماء وغير قابلة للذوبان في الماء. تحتوي جميع المنشطات على أربع حلقات كربون مرتبطة ، والعديد منها ، مثل الكوليسترول ، له ذيل قصير. تحتوي العديد من المنشطات أيضًا على المجموعة الوظيفية -OH التي تضعها في تصنيف الكحول (ستيرولات). الكوليسترول هو الستيرويد الأكثر شيوعًا. يتم تصنيع الكوليسترول بشكل أساسي في الكبد وهو مقدمة للعديد من هرمونات الستيرويد مثل التستوستيرون والإستراديول ، والتي تفرزها الغدد الصماء والغدد الصماء. كما أنه مقدمة لفيتامين د. يعتبر الكوليسترول أيضًا مقدمة للأملاح الصفراوية التي تساعد في استحلاب من الدهون وامتصاصها لاحقًا بواسطة الخلايا. على الرغم من الحديث عن الكوليسترول في كثير من الأحيان بعبارات سلبية ، إلا أنه ضروري لعمل العديد من الخلايا الحيوانية بشكل صحيح. إنه أحد مكونات الغشاء البلازمي للخلايا الحيوانية ويعتقد أنه يلعب مجموعة متنوعة من الأدوار التي تنبع من تأثيره على تعديل بنية الغشاء وتنظيمه وسيولته.

الشكل 4. الكوليسترول هو جزيء دهني معدل يتم تصنيعه بواسطة خلايا حيوانية وهو عنصر هيكلي رئيسي في الأغشية الخلوية. الكورتيزول هو هرمون (جزيء إشارة) يتم إطلاقه غالبًا استجابة للإجهاد.
الإسناد: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

ملاحظة: مناقشة ممكنة

في جزيء الكورتيزول أعلاه ، ما أجزاء الجزيء التي تصنفها كمجموعات وظيفية؟ هل هناك أي خلاف حول ما يجب وما لا يجب إدراجه كمجموعة وظيفية؟

الفوسفوليبيد

الفوسفوليبيد المكونات الرئيسية لغشاء الخلية ، الطبقة الخارجية للخلايا. مثل الدهون ، فهي تتكون من سلاسل الأحماض الدهنية المرتبطة بمجموعة الرأس القطبية. على وجه التحديد ، هناك نوعان من ذيول الأحماض الدهنية ومجموعة الفوسفات كمجموعة الرأس القطبية. الفوسفوليبيد هو برمائي جزيء ، بمعنى أنه يحتوي على جزء كاره للماء وجزء محب للماء. سلاسل الأحماض الدهنية كارهة للماء ولا يمكنها التفاعل مع الماء ، في حين أن مجموعة الرأس المحتوية على الفوسفات محبة للماء وتتفاعل مع الماء. هل يمكنك تحديد المجموعات الوظيفية الموجودة في الفسفوليبيد أدناه والتي تعطي كل جزء من الفسفوليبيد خصائصه؟

ملحوظة

تأكد من ملاحظة في الشكل 5 أن مجموعة الفوسفات بها مجموعة R مرتبطة بإحدى ذرات الأكسجين. R هو متغير شائع الاستخدام في هذه الأنواع من الرسوم البيانية للإشارة إلى أن بعض الذرات أو الجزيئات الأخرى مرتبطة في هذا الموضع. يمكن أن يكون هذا الجزء من الجزيء مختلفًا في فوسفوليبيدات مختلفة - وسوف ينقل بعض الكيمياء المختلفة للجزيء بأكمله. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، أنت مسؤول عن القدرة على التعرف على هذا النوع من الجزيئات (بغض النظر عن مجموعة R) بسبب العناصر الأساسية المشتركة - العمود الفقري للجليسرول ، ومجموعة الفوسفات ، وذيول الهيدروكربونات.

الشكل 5. الفسفوليبيد عبارة عن جزيء يحتوي على اثنين من الأحماض الدهنية ومجموعة فوسفات معدلة مرتبطة بعمود فقري من الجلسرين. يمكن تعديل الفوسفات بإضافة مجموعات كيميائية مشحونة أو قطبية. قد تقوم العديد من مجموعات R الكيميائية بتعديل الفوسفات. يتم عرض الكولين والسيرين والإيثانولامين هنا. ترتبط هذه بمجموعة الفوسفات في الموضع المسمى R عبر مجموعات الهيدروكسيل الخاصة بهم.
الإسناد: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

تتشكل طبقة ثنائية الفسفوليبيد كهيكل أساسي لغشاء الخلية. تتجه ذيول الأحماض الدهنية للفوسفوليبيد إلى الداخل ، بعيدًا عن الماء ، بينما تواجه مجموعة الفوسفات بالخارج ، رابطة الهيدروجين مع الماء. الفسفوليبيدات مسؤولة عن الطبيعة الديناميكية لغشاء البلازما. ستشكل الدهون الفسفورية تلقائيًا بنية تُعرف باسم micelle حيث تواجه رؤوس الفوسفات المحبة للماء الخارج وتواجه الأحماض الدهنية الجزء الداخلي من هذا الهيكل.

الشكل 6. في وجود الماء ، فإن بعض الفسفوليبيدات سوف ترتب نفسها تلقائيًا في micelle. سيتم ترتيب الدهون بحيث تكون مجموعاتها القطبية على السطح الخارجي للميلي ، وتكون ذيول غير قطبية في الداخل. يمكن أيضًا أن تشكل طبقة ثنائية الدهون طبقة من طبقتين بسماكة بضعة نانومترات فقط. تتكون الطبقة الدهنية الثنائية من طبقتين من الدهون الفوسفورية منظمة بطريقة تجعل كل ذيول الكارهة للماء محاذاة جنبًا إلى جنب في مركز الطبقة الثنائية وتحيط بها مجموعات الرأس المحبة للماء.
المصدر: تم إنشاؤه بواسطة إيرين إيسلون (عمل خاص)

ملاحظة: مناقشة ممكنة

أعلاه يقول أنه إذا كنت ستأخذ بعض الدهون الفسفورية النقية وتلقيها في الماء ، فإن بعضها إذا كان سيتشكل تلقائيًا (من تلقاء نفسه) في المذيلات. يبدو هذا كثيرًا كشيء يمكن وصفه بقصة طاقة. ارجع إلى عنوان قصة الطاقة وحاول البدء في إنشاء قصة طاقة لهذه العملية - أتوقع أن الخطوات التي تتضمن وصف الطاقة قد تكون صعبة في هذه المرحلة (سنعود إلى ذلك لاحقًا) ولكن يجب أن تكون قادرًا للقيام بالخطوات الثلاث الأولى على الأقل. يمكنك نقد عمل بعضكما البعض بشكل بناء (بأدب) لإنشاء قصة محسنة.

تمت مناقشة غشاء الفسفوليبيد بالتفصيل في وحدة لاحقة. سيكون من المهم تذكر الخصائص الكيميائية المرتبطة بالمجموعات الوظيفية في الفسفوليبيد لفهم وظيفة غشاء الخلية.


للحصول على معلومات إضافية:

للحصول على منظور إضافي للدهون ، استكشف الرسوم المتحركة التفاعلية "Biomolecules: The Lipids". لمزيد من المعلومات حول الدهون ، يرجى زيارة موقع UCD Chemwiki في Chemwiki lipids.

منظور آخر للدهون يحتوي على مجموعة متنوعة من الرسوم المتحركة لمساعدتك هو الرابط التالي من جامعة كارنيجي ميلون ، قسم العلوم البيولوجية ، برنامج تعليمي حول الدهون.

الكربوهيدرات

معظم الناس على دراية بالكربوهيدرات ، خاصة عندما يتعلق الأمر بما نأكله. الكربوهيدرات جزء أساسي من نظامنا الغذائي. الحبوب والفواكه والخضروات كلها مصادر طبيعية. بشكل عام ، الكربوهيدرات هي واحدة من أربع فئات من الجزيئات الكبيرة التي تتكون منها جميع الخلايا. في حين أننا قد نكون أكثر دراية بالدور الذي تلعبه الكربوهيدرات في التغذية ، إلا أن لها أيضًا مجموعة متنوعة من الوظائف الأساسية الأخرى في البشر والحيوانات والنباتات والبكتيريا. في هذا القسم ، سنناقش ونراجع المفاهيم الأساسية لبنية الكربوهيدرات والتسميات ، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الوظائف التي تلعبها في الخلايا.

الهياكل الجزيئية

في أبسط أشكالها ، الكربوهيدرات يمكن تمثيلها بواسطة الصيغة المتكافئة (CH2س)ن، أين ن هو عدد ذرات الكربون في الجزيء. بالنسبة للكربوهيدرات البسيطة ، تكون نسبة الكربون إلى الهيدروجين إلى الأكسجين في الجزيء 1: 2: 1. تشرح هذه الصيغة أيضًا أصل مصطلح "الكربوهيدرات": المكونات هي الكربون ("الكربوهيدرات") ومكونات الماء (ومن ثم "الهيدرات"). يتم تصنيف الكربوهيدرات البسيطة إلى ثلاثة أنواع فرعية: السكريات الأحادية ، والسكريات الثنائية ، والسكريات المتعددة ، والتي سيتم مناقشتها أدناه. في حين أن الكربوهيدرات البسيطة تندرج بشكل جيد في هذه النسبة 1: 2: 1 ، يمكن أن تكون الكربوهيدرات أكثر تعقيدًا من الناحية الهيكلية. على سبيل المثال ، تحتوي العديد من الكربوهيدرات على مجموعات وظيفية (تذكرها من مناقشتنا الأساسية حول الكيمياء) إلى جانب الهيدروكسيل الواضح. على سبيل المثال ، يمكن أن تحتوي الكربوهيدرات على فوسفات أو مجموعات أمينية يتم استبدالها في مجموعة متنوعة من المواقع داخل الجزيء. يمكن أن توفر هذه المجموعات الإضافية خصائص إضافية للجزيء وستغير وظيفته الإجمالية. ومع ذلك ، حتى مع هذه الأنواع من البدائل ، يتم الاحتفاظ بالهيكل العام الأساسي للكربوهيدرات وتحديدها بسهولة.

التسمية

قضية واحدة مع كيمياء الكربوهيدرات هي التسمية. فيما يلي بعض القواعد السريعة والبسيطة:

  1. الكربوهيدرات البسيطة ، مثل الجلوكوز أو اللاكتوز أو الدكستروز ، تنتهي بـ "... جرعة".
  2. يمكن تصنيف الكربوهيدرات البسيطة بناءً على عدد ذرات الكربون في الجزيء ، كما هو الحال مع ثلاثي (ثلاثة ذرات كربون) أو بنتوز (خمسة ذرات كربون) أو سداسي (ستة ذرات كربون).
  3. يمكن تصنيف الكربوهيدرات البسيطة بناءً على المجموعة الوظيفية الموجودة في الجزيء ، مثل الكيتوز أو الألدوز.
  4. غالبًا ما يتم تنظيم السكريات بواسطة عدد جزيئات السكر في السلسلة ، كما هو الحال في السكاريد الأحادي أو السكاريد أو ثلاثي السكاريد.

للحصول على فيديو قصير عن تصنيف الكربوهيدرات ، شاهد فيديو أكاديمية خان لمدة 10 دقائق بالنقر هنا.

السكريات الأحادية

السكريات الأحادية (mono- = "one"؛ sacchar- = "حلو") هي سكريات بسيطة ، وأكثرها شيوعًا هو الجلوكوز. في السكريات الأحادية ، يتراوح عدد الكربون عادة من ثلاثة إلى سبعة. إذا كان السكر يحتوي على مجموعة ألدهيد (المجموعة الوظيفية ذات البنية R-CHO) ، فإنه يُعرف باسم ألدوز ، وإذا كان يحتوي على مجموعة كيتون (المجموعة الوظيفية ذات الهيكل RC (= O) R ') ، فإنه يعرف باسم كيتوز.

شكل 1. يتم تصنيف السكريات الأحادية بناءً على موضع مجموعة الكربونيل الخاصة بهم وعدد الكربون في العمود الفقري. تحتوي الألدوز على مجموعة كربونيل (مُشار إليها باللون الأخضر) في نهاية سلسلة الكربون ، وتحتوي الكيتوزات على مجموعة كربونيل في منتصف سلسلة الكربون. تحتوي التثلييات ، والخماسيات ، والسداسيات على ثلاثة وخمسة وستة ذرات كربون في العمود الفقري ، على التوالي. الإسناد: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

الجلوكوز مقابل الجالاكتوز

الجالاكتوز (جزء من اللاكتوز أو سكر الحليب) والجلوكوز (الموجود في السكروز ، الجلوكوز ديساكهاريد) من السكريات الأحادية الشائعة الأخرى. الصيغة الكيميائية للجلوكوز والجالاكتوز هي C6ح12ا6؛ كلاهما سداسي ، لكن ترتيبات مجموعات الهيدروجين والهيدروكسيل مختلفة في الموضع ج4. بسبب هذا الاختلاف الصغير ، فإنها تختلف هيكليًا وكيميائيًا (وتعرف باسم الأيزومرات الكيميائية) بسبب الترتيب المختلف للمجموعات الوظيفية حول الكربون غير المتماثل ؛ يحتوي كل من هذه السكريات الأحادية على أكثر من كربون واحد غير متماثل (قارن الهياكل في الشكل أدناه).

الفركتوز مقابل كل من الجلوكوز والجالاكتوز

يمكن إجراء مقارنة ثانية عند النظر إلى الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز (الكربوهيدرات الثانية التي تحتوي على الجلوكوز تشكل السكروز ثنائي السكاريد ، وهو سكر شائع موجود في الفاكهة ، ومن هنا جاء الاسم). الثلاثة هم من السداسي. ومع ذلك ، هناك اختلاف هيكلي كبير بين الجلوكوز والجالاكتوز مقابل الفركتوز: الكربون الذي يحتوي على كاربونيل (C = O). في الجلوكوز والجالاكتوز ، يكون على C1 الكربون ، وتشكيل الألدهيد مجموعة؛ في الفركتوز ، يكون على C2 الكربون ، وتشكيل أ كيتون مجموعة. يتم استدعاء السابق ألدوز على أساس مجموعة الألدهيد التي تم تشكيلها ؛ يتم تعيين الأخير كـ الكيتوز بناءً على مجموعة الكيتون. مرة أخرى ، يعطي هذا الاختلاف للفركتوز خواصًا كيميائية وتركيبية مختلفة عن تلك الموجودة في الألدوز والجلوكوز والجالاكتوز ، على الرغم من أن الفركتوز والجلوكوز والجلاكتوز جميعها لها نفس التركيب الكيميائي: C6ح12ا6.

الشكل 2. الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز كلها سداسية. وهي عبارة عن أيزومرات هيكلية ، مما يعني أن لها نفس الصيغة الكيميائية (C6ح12ا6) لكن ترتيبًا مختلفًا للذرات.

شكل خطي مقابل حلقة من الكربوهيدرات

يمكن أن توجد السكريات الأحادية كسلسلة خطية أو كجزيئات على شكل حلقة ؛ في المحاليل المائية ، توجد عادة في أشكال حلقات (الشكل 3). يمكن أن يكون للجلوكوز في شكل حلقة ترتيبان مختلفان من مجموعة الهيدروكسيل (OH) حول الكربون الشاذ (C1 الذي يصبح غير متماثل في عملية تشكيل الحلقة). إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل أقل من C1 في السكر ، يقال أنه في وضع ألفا (α) ، وإذا كان فوق المستوى ، يقال إنه في وضع بيتا (β).

الشكل 3. توجد خمسة وستة سكريات أحادية الكربون في حالة توازن بين الأشكال الخطية والحلقة. عندما تتشكل الحلقة ، يتم قفل السلسلة الجانبية التي يتم إغلاقها في وضع α أو. يشكل الفركتوز والريبوز أيضًا حلقات ، على الرغم من أنها تشكل حلقات خماسية الأعضاء على عكس الحلقة المكونة من ستة أعضاء من الجلوكوز.

السكريات

السكريات (di- = "two") عندما يخضع اثنان من السكريات الأحادية لتفاعل الجفاف (المعروف أيضًا باسم تفاعل التكثيف أو تخليق الجفاف). خلال هذه العملية ، تتحد مجموعة الهيدروكسيل الخاصة بأحد السكريات الأحادية مع هيدروجين أحادي السكاريد ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء وتشكيل رابطة تساهمية. تُعرف الرابطة التساهمية التي تتكون بين جزيء الكربوهيدرات وجزيء آخر (في هذه الحالة ، بين اثنين من السكريات الأحادية) باسم جليكوسيد رابطة. يمكن أن تكون روابط الجليكوسيد (وتسمى أيضًا روابط جليكوسيدية) من النوع ألفا أو بيتا.

الشكل 4. يتشكل السكروز عندما يتحد مونومر الجلوكوز ومونومر الفركتوز في تفاعل الجفاف لتشكيل رابطة جليكوسيدية. في هذه العملية ، يتم فقد جزيء الماء. وفقًا للاتفاقية ، يتم ترقيم ذرات الكربون في السكاريد الأحادي من الكربون النهائي الأقرب إلى مجموعة الكربونيل. في السكروز ، تتشكل رابطة جليكوسيدية بين سي1 الكربون في الجلوكوز وج2 كربون في الفركتوز.

تشمل السكاريد المشترك اللاكتوز والمالتوز والسكروز (الشكل 5). اللاكتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من مونومرات الجلوكوز والجلاكتوز. يوجد بشكل طبيعي في الحليب. المالتوز ، أو سكر الشعير / الحبوب ، هو ثنائي السكاريد يتكون من تفاعل الجفاف بين جزيئين من الجلوكوز. السكاريد الأكثر شيوعًا هو السكروز ، أو سكر المائدة ، والذي يتكون من مونومرات الجلوكوز والفركتوز.

الشكل 5. تشمل السكريات الشائعة المالتوز (سكر الحبوب) واللاكتوز (سكر الحليب) والسكروز (سكر المائدة).

التفاعلات مع الكربوهيدرات

لقد ناقشنا للتو الأنواع والهياكل المختلفة للكربوهيدرات الموجودة في علم الأحياء. الشيء التالي الذي يجب معالجته هو كيفية تفاعل هذه المركبات مع المركبات الأخرى. الجواب على ذلك أنه يعتمد على التركيب النهائي للكربوهيدرات. نظرًا لأن الكربوهيدرات تحتوي على العديد من مجموعات الهيدروكسيل المرتبطة بالجزيء ، فهي بالتالي ممتازة الجهات المانحة H- السندات و يقبلون . يمكن للسكريات الأحادية تكوين روابط H بسرعة وسهولة مع الماء وقابلة للذوبان بسهولة. كل تلك الروابط H تجعلها "لزجة" تمامًا. هذا ينطبق أيضًا على العديد من السكريات والعديد من البوليمرات قصيرة السلسلة. قد لا تكون البوليمرات الأطول قابلة للذوبان بسهولة.

أخيرًا ، تسمح القدرة على تكوين مجموعة متنوعة من روابط H للبوليمرات من الكربوهيدرات أو السكريات لتشكيل روابط قوية داخل الجزيئات وبين الخلايا. في البوليمر ، نظرًا لوجود العديد من روابط H ، يمكن أن يوفر هذا الكثير من القوة للجزيء أو المركب الجزيئي ، خاصةً إذا تفاعلت البوليمرات. فكر فقط في السليلوز ، وهو بوليمر جلوكوز ، إذا كان لديك أي شك.

السكريات

تُعرف سلسلة طويلة من السكريات الأحادية المرتبطة بروابط جليكوسيدية باسم أ عديد السكاريد (بولي = "كثير"). قد تكون السلسلة متفرعة أو غير متفرعة ، وقد تحتوي على أنواع مختلفة من السكريات الأحادية. قد يكون الوزن الجزيئي 100000 دالتون أو أكثر ، اعتمادًا على عدد المونومرات المرتبطة. النشا ، الجليكوجين ، السليلوز ، والكيتين هي أمثلة أساسية على السكريات.

النشا هو الشكل المخزن للسكريات في النباتات ويتكون من خليط من الأميلوز والأميلوبكتين (كلاهما بوليمرات الجلوكوز). النباتات قادرة على تصنيع الجلوكوز ، ويتم تخزين الجلوكوز الزائد ، بالإضافة إلى احتياجات الطاقة الفورية للنبات ، كنشا في أجزاء نباتية مختلفة ، بما في ذلك الجذور والبذور. يوفر النشا الموجود في البذور الغذاء للجنين أثناء إنباته ويمكن أن يعمل أيضًا كمصدر غذاء للإنسان والحيوان. يتم تكسير النشا الذي يستهلكه الإنسان بواسطة الإنزيمات ، مثل الأميليز اللعابي ، إلى جزيئات أصغر ، مثل المالتوز والجلوكوز. يمكن للخلايا بعد ذلك امتصاص الجلوكوز.

يتكون النشا من مونومرات الجلوكوز التي ترتبط ب 1-4 أو 1-6 روابط جليكوسيدية ؛ الأرقام 1-4 و1-6 تشير إلى عدد الكربون للمتبقيين اللذين انضمتا لتشكيل الرابطة. كما هو موضح في الشكل 6 ، الأميلوز عبارة عن نشا يتكون من سلاسل غير متفرعة من مونومرات الجلوكوز (روابط 1-4 فقط) ، بينما الأميلوبكتين عبارة عن عديد السكاريد المتفرّع (1-6 روابط عند نقاط التفرع).

الشكل 6. الأميلوز والأميلوبكتين نوعان مختلفان من النشا. يتكون الأميلوز من سلاسل غير متفرعة من مونومرات الجلوكوز المتصلة بواسطة 1-4 روابط جليكوسيدية. يتكون الأميلوبكتين من سلاسل متفرعة من مونومرات الجلوكوز المتصلة بواسطة روابط 1-4 و1-6 جليكوسيدية. بسبب الطريقة التي يتم بها ربط الوحدات الفرعية ، فإن سلاسل الجلوكوز لها بنية حلزونية. يشبه الجليكوجين (غير موضح) في تركيبه الأميلوبكتين ولكنه أكثر تشعبًا.

الجليكوجين هو شكل تخزين الجلوكوز في البشر والفقاريات الأخرى ويتكون من مونومرات الجلوكوز. الجليكوجين هو المكافئ الحيواني للنشا وهو جزيء شديد التشعب يتم تخزينه عادة في خلايا الكبد والعضلات. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز في الدم ، يتم تكسير الجليكوجين لتحرير الجلوكوز في عملية تعرف باسم تحلل الجليكوجين.

السليلوز هو البوليمر الحيوي الطبيعي الأكثر وفرة. يتكون الجدار الخلوي للنباتات في الغالب من السليلوز. هذا يوفر الدعم الهيكلي للخلية. الخشب والورق في الغالب من السليلوز في الطبيعة. يتكون السليلوز من مونومرات الجلوكوز المرتبطة بروابط 1-4 جليكوسيد.

الشكل 7. في السليلوز ، ترتبط مونومرات الجلوكوز في سلاسل غير متفرعة بواسطة روابط β 1-4 جليكوسيدية. نظرًا للطريقة التي يتم بها ربط وحدات الجلوكوز الفرعية ، يتم قلب كل مونومر جلوكوز بالنسبة إلى الوحدة التالية ، مما يؤدي إلى تكوين هيكل ليفي خطي.

ملاحظة: مناقشة ممكنة

لا يكون السليلوز شديد الذوبان في الماء عندما يكون في حالة بلورية ؛ يمكن تقريب ذلك من خلال تصوير ألياف السليلوز المكدس أعلاه. هل يمكنك اقتراح سبب (بناءً على أنواع التفاعلات) قد يكون غير قابل للذوبان؟

كما هو موضح في الشكل أعلاه ، يتم قلب كل مونومر جلوكوز آخر في السليلوز ، ويتم تعبئة المونومرات بإحكام كسلاسل طويلة وممتدة. وهذا يعطي السليلوز صلابة وقوة شد عالية - وهو أمر مهم جدًا للخلايا النباتية. في حين أن الارتباط β 1-4 لا يمكن تفكيكه بواسطة إنزيمات الجهاز الهضمي البشرية ، فإن الحيوانات العاشبة مثل الأبقار والكوالا والجاموس والخيول قادرة ، بمساعدة النباتات المتخصصة في المعدة ، على هضم المواد النباتية الغنية بالسليلوز واستخدامها كمصدر للغذاء. في هذه الحيوانات ، توجد أنواع معينة من البكتيريا والطلائعيات في الكرش (جزء من الجهاز الهضمي للحيوانات العاشبة) وتفرز إنزيم السليلوز. يحتوي ملحق حيوانات الرعي أيضًا على بكتيريا تهضم السليلوز ، مما يعطيها دورًا مهمًا في الجهاز الهضمي للحيوانات المجترة. يمكن أن تحلل السليولوز السليلوز إلى مونومرات جلوكوز يمكن للحيوان استخدامها كمصدر للطاقة. النمل الأبيض قادر أيضًا على تكسير السليلوز بسبب وجود كائنات حية أخرى في أجسامها تفرز السليلوز.

احماض نووية

الأحماض النووية عبارة عن جزيئات مكونة من نيوكليوتيدات تحمل المخطط الجيني للخلية. يتكون كل نوكليوتيد من سكر بنتوز وقاعدة نيتروجينية ومجموعة فوسفات. هناك نوعان من الأحماض النووية: DNA و RNA. يحمل الحمض النووي المخطط الجيني للخلية وينتقل من الآباء إلى الأبناء. يحتوي الحمض النووي المزدوج الشريطة على بنية حلزونية مع وجود خيطين يعملان في اتجاهين متعاكسين. يتم توصيل الخيطين بواسطة روابط هيدروجينية ، ويكمل كل منهما الآخر كيميائيًا. التفاعلات المعروفة باسم تفاعلات "التكديس الأساسي" تساعد أيضًا على استقرار اللولب المزدوج. يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي إما منفردًا أو مزدوجًا ، وهو مصنوع من سكر بنتوز (ريبوز) ، وقاعدة نيتروجينية ، ومجموعة فوسفات. يشارك الحمض النووي الريبي في تخليق البروتين كرسول وكمنظم لتخليق البروتين والعمليات التنظيمية الأخرى وبعض الأنشطة التحفيزية. يتم نسخ Messenger RNA (mRNA) من الحمض النووي ، ويتم تصديره من النواة إلى السيتوبلازم ، ويحتوي على معلومات لبناء البروتينات. RNA Ribosomal RNA (rRNA) هو جزء من الريبوسومات في موقع تخليق البروتين ، في حين أن نقل الحمض النووي الريبي (tRNA) يحمل الحمض الأميني إلى موقع تخليق البروتين. ينظم microRNA استخدام mRNA لتخليق البروتين.

هيكل النوكليوتيدات

النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) و الحمض النووي الريبي (RNA). يتمثل الاختلاف الرئيسي المشترك بين هذين النوعين من الأحماض النووية في وجود أو عدم وجود مجموعة الهيدروكسيل في C2 الموضع ، ويسمى أيضًا الموضع 2 ، للريبوز. يفتقر DNA إلى الريبوز ويحتوي على ذرة هيدروجين في هذا الموضع ، ومن هنا جاء الاسم "deoxy" ribonucleic acid بينما يحتوي RNA على مجموعة هيدروكسيل وظيفية في هذا الموضع.

يتكون DNA و RNA من مونومرات معروفة باسم النيوكليوتيدات. تتكثف النيوكليوتيدات الفردية مع بعضها البعض لتشكيل أ حمض نووي بوليمر. يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة مكونات: قاعدة نيتروجينية (يوجد بها خمسة أنواع مختلفة) ، سكر بنتوز (خمسة كربون) ، ومجموعة فوسفات. هذه موضحة أدناه.

شكل 1. يتكون النيوكليوتيد من ثلاثة مكونات: قاعدة نيتروجينية ، وسكر بنتوز ، ومجموعة فوسفات واحدة أو أكثر. يتم ترقيم بقايا الكربون في البنتوز من 1 إلى 5 (يميز العنصر الأساسي هذه البقايا عن تلك الموجودة في القاعدة ، والتي يتم ترقيمها دون استخدام تدوين أولي). القاعدة متصلة بالموضع 1 للريبوز ، والفوسفات متصل بالموضع 5 ′. عندما يتم تكوين بولي نيوكليوتيد ، فإن 5 فوسفات من النوكليوتيدات الواردة ترتبط بمجموعة 3 هيدروكسيل في نهاية سلسلة النمو. يوجد نوعان من البنتوز في النيوكليوتيدات ، الديوكسيريبوز (الموجود في الحمض النووي) والريبوز (الموجود في الحمض النووي الريبي). يشبه Deoxyribose في بنية الريبوز ، ولكنه يحتوي على -H بدلاً من -OH في الموضع 2. يمكن تقسيم القواعد إلى فئتين: البيورينات والبيريميدين. البيورينات لها هيكل حلقي مزدوج ، وللبيريميدين حلقة واحدة.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

القاعدة النيتروجينية

القواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات هي جزيئات عضوية وسميت بهذا الاسم لأنها تحتوي على الكربون والنيتروجين. إنها قواعد لأنها تحتوي على مجموعة أمينية لديها القدرة على ربط هيدروجين إضافي ، وبالتالي تعمل كقاعدة عن طريق تقليل تركيز أيون الهيدروجين في البيئة المحلية. يحتوي كل نيوكليوتيد في الحمض النووي على واحدة من أربع قواعد نيتروجينية محتملة: الأدينين (A) والجوانين (G) والسيتوزين (C) والثيمين (T). يحتوي الحمض النووي الريبي على الأدينين (A) والجوانين (G) والسيتوزين (C) واليوراسيل (U) بدلاً من الثايمين (T).

يتم تصنيف الأدينين والجوانين على أنها البيورينات. السمة المميزة الأساسية لهيكل البيورين هي حلقة مزدوجة من النيتروجين الكربوني. يتم تصنيف السيتوزين والثايمين واليوراسيل على أنها بيريميدين. تتميز هذه من الناحية الهيكلية بحلقة كربون-نيتروجين واحدة. من المتوقع أن تدرك أن كل من هذه الهياكل الحلقية مزينة بمجموعات وظيفية قد تشارك في مجموعة متنوعة من الكيمياء والتفاعلات.

ملاحظة: الممارسة

خذ لحظة لمراجعة القاعدة النيتروجينية في الشكل 1. حدد المجموعات الوظيفية كما هو موضح في الفصل. لكل مجموعة وظيفية محددة ، صف نوع الكيمياء التي تتوقع أن تشارك فيها. إذا كانت مرتبطة بالهيدروجين ، فهل تعمل المجموعة الوظيفية كمانح أو متقبل؟

سكر البنتوز

يحتوي سكر البنتوز على خمس ذرات كربون. يتم ترقيم كل ذرة كربون في جزيء السكر على أنها 1 و 2 و 3 و 4 و 5 (1 تقرأ على أنها "عدد أولي واحد"). غالبًا ما تتم الإشارة إلى المجموعتين الوظيفيتين الرئيسيتين المرتبطتين بالسكر بالإشارة إلى رقم الكربون المرتبطين بهما. على سبيل المثال ، يتم إرفاق بقايا الفوسفات بـ 5 كربون من السكر ويتم ربط مجموعة الهيدروكسيل بـ 3 كربون من السكر. غالبًا ما نستخدم رقم الكربون للإشارة إلى المجموعات الوظيفية على النيوكليوتيدات ، لذا كن على دراية كبيرة بهيكل سكر البنتوز.

يسمى سكر البنتوز في الحمض النووي ديوكسيريبوز ، وفي الحمض النووي الريبي ، السكر هو ريبوز. الفرق بين السكريات هو وجود مجموعة الهيدروكسيل على 2 'كربون من الريبوز وغيابها على 2' كربون من الديوكسيريبوز. ومن ثم يمكنك تحديد ما إذا كنت تنظر إلى نوكليوتيد الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي من خلال وجود أو عدم وجود مجموعة الهيدروكسيل على ذرة الكربون 2 '- من المحتمل أن يُطلب منك القيام بذلك في مناسبات عديدة (بما في ذلك الاختبارات).

مجموعة الفوسفات

يمكن أن يكون هناك ما بين مجموعة واحدة وثلاث مجموعات فوسفات مرتبطة بـ 5 'كربون من السكر. عندما يرتبط أحد الفوسفات ، يُشار إلى النيوكليوتيدات باسم a نأوكليوتيد مأونوصالهوسفات (NMP). إذا تم ربط اثنين من الفوسفات ، يشار إلى النيوكليوتيدات باسم نأوكليوتيد دأناصالفوسفات (الحزب الوطني الديمقراطي). عندما ترتبط ثلاثة فوسفات بالنيوكليوتيدات ، يشار إليها باسم أ نأوكليوتيد تيريصالهوسفات (NTP). روابط الفوسفوهيدريد التي تربط مجموعات الفوسفات ببعضها البعض لها خصائص كيميائية محددة تجعلها جيدة لوظائف بيولوجية مختلفة. يعتبر التحلل المائي للروابط بين مجموعات الفوسفات طاردًا للديناميكا الحرارية في الظروف البيولوجية وقد طورت الطبيعة آليات عديدة لمزاوجة هذا التغيير السلبي في الطاقة الحرة للمساعدة في دفع العديد من التفاعلات في الخلية. يوضح الشكل 2 مثالاً على التحلل المائي للنيوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات ATP.

ملحوظة: روابط "عالية الطاقة"

مصطلح "الرابطة عالية الطاقة" يستخدم كثيرا في علم الأحياء. ومع ذلك ، فهو أحد تلك الاختصارات التي أشرنا إليها سابقًا. يشير المصطلح إلى مقدار الطاقة الحرة السلبية المرتبطة بالهيدرولس لهذه الرابطة! الماء مهم. بينما حاولنا تقليل استخدام "الطاقة العالية" العامية عند الإشارة إلى الروابط ، ضع في اعتبارك ما سبق عندما تقرأ أو تستمع إلى مناقشات في علم الأحياء.

الشكل 2. يحتوي ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) على ثلاث مجموعات فوسفات يمكن إزالتها عن طريق التحلل المائي لتكوين ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) أو AMP (أدينوسين أحادي الفوسفات) ، وتتنافر الشحنات السالبة على مجموعة الفوسفات بشكل طبيعي ، مما يتطلب طاقة لربطها معًا وإطلاق الطاقة. عندما تنكسر هذه الروابط.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي

يحتوي الحمض النووي على بنية حلزونية مزدوجة (كما هو موضح أدناه). يقع السكر والفوسفات على السطح الخارجي للحلزون ، ويشكلان العمود الفقري للحمض النووي. القواعد النيتروجينية مكدسة في الداخل ، مثل درجات السلم في أزواج ؛ الأزواج مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية. يتم فصل كل زوج أساسي في اللولب المزدوج عن الزوج الأساسي التالي بمقدار 0.34 نانومتر. يعمل شريطا اللولب في اتجاهين متعاكسين ، مما يعني أن نهاية 5-كربون لخيط واحد ستواجه نهاية 3-كربون من الخيط المطابق لها. يشار إلى هذا باسم الاتجاه المعاكس.

الشكل 3. الحمض النووي الأصلي هو حلزون مزدوج مضاد للتوازي. يوجد العمود الفقري للفوسفات (المشار إليه بالخطوط المتعرجة) من الخارج ، والقواعد من الداخل. تتفاعل كل قاعدة من خصلة واحدة عبر رابطة هيدروجينية بقاعدة من الخيط المقابل.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

في الحلزون المزدوج ، تكون تركيبات معينة من الاقتران الأساسي أكثر تفضيلًا كيميائيًا من غيرها بناءً على أنواع ومواقع المجموعات الوظيفية على القواعد النيتروجينية لكل نوكليوتيد.في علم الأحياء نجد أن الأدينين (A) مكمل كيميائيًا مع الثيميدين (T) والجوانين (G) مكمل كيميائيًا مع السيتوزين (C) ، كما هو موضح أدناه. غالبًا ما نشير إلى هذا النمط على أنه "التكامل الأساسي" ونقول إن الخيوط العكسية مكملة لبعضها البعض. على سبيل المثال ، إذا كان تسلسل خيط واحد من DNA هو 5'-AATTGGCC-3 '، فإن السلسلة التكميلية سيكون لها التسلسل 5'-GGCCAATT-3'.

الشكل 4. في جزيء DNA مزدوج الشريطة ، يعمل الخيطان بشكل معاكس لبعضهما البعض بحيث يمتد أحدهما من 5 إلى 3 والآخر 3 إلى 5. يقع العمود الفقري للفوسفات في الخارج والقواعد في المنتصف. يشكل الأدينين روابط هيدروجينية (أو أزواج قاعدية) مع الثايمين ، وأزواج قاعدة الجوانين مع السيتوزين.
تم إنشاؤها بواسطة Ivy Jose

وظائف وأدوار الأحماض النووية والنيوكليوتيدات

تلعب الأحماض النووية مجموعة متنوعة من الأدوار في العملية الخلوية إلى جانب كونها جزيء تخزين المعلومات. يُعتقد أن الأحماض النووية ، RNA على وجه الخصوص ، هي أول جزيئات نشطة بيولوجيًا خلال فترة يشار إليها باسم "عالم RNA" عندما كان يُعتقد أن الحمض النووي الريبي التحفيزي يؤدي دورًا مزدوجًا كمحفزات وتخزين المعلومات الجزيئات. يمكن رؤية بقايا عالم الحمض النووي الريبي في كثير بروتين مجمعات أساسية للحياة. في هذه المجمعات RNA-Protein ، يخدم RNA كلاً من الأدوار التحفيزية والهيكلية. تتضمن أمثلة هذه المجمعات ، الريبوسومات ، RNases ، معقدات splicesosome ، و telomerase. تعمل النيوكليوتيدات مثل ATP و GTP أيضًا كوحدات نقل طاقة قصيرة المدى للخلية. تلعب النيوكليوتيدات أيضًا أدوارًا مهمة كعوامل مساعدة (بالإضافة إلى مركبات الطاقة) للعديد من التفاعلات الأنزيمية. تلعب الأحماض النووية والنيوكليوتيدات ، مثل الدهون والبروتينات والكربوهيدرات ، مجموعة متنوعة من الأدوار في الخلية.


جزيء حيوي

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

جزيء حيوي، وتسمى أيضا جزيء بيولوجي، أي من المواد العديدة التي تنتجها الخلايا والكائنات الحية. تحتوي الجزيئات الحيوية على مجموعة واسعة من الأحجام والتركيبات وتؤدي مجموعة واسعة من الوظائف. الأنواع الأربعة الرئيسية للجزيئات الحيوية هي الكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية والبروتينات.

من بين الجزيئات الحيوية ، تمتلك الأحماض النووية ، وبالتحديد DNA و RNA ، الوظيفة الفريدة لتخزين الشفرة الجينية للكائن - تسلسل النيوكليوتيدات الذي يحدد تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات ، والتي لها أهمية حاسمة للحياة على الأرض. هناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة التي يمكن أن تحدث داخل البروتين ، ويلعب الترتيب الذي تحدث فيه دورًا أساسيًا في تحديد بنية البروتين ووظيفته. البروتينات نفسها هي عناصر هيكلية رئيسية للخلايا. كما أنها تعمل كناقل ، ونقل المغذيات والجزيئات الأخرى داخل وخارج الخلايا ، وكإنزيمات ومحفزات للغالبية العظمى من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية. تشكل البروتينات أيضًا أجسامًا مضادة وهرمونات ، وهي تؤثر على نشاط الجينات.

وبالمثل ، فإن الكربوهيدرات ، التي تتكون أساسًا من جزيئات تحتوي على ذرات من الكربون والهيدروجين والأكسجين ، هي مصادر طاقة أساسية ومكونات هيكلية لجميع أشكال الحياة ، وهي من بين أكثر الجزيئات الحيوية وفرة على الأرض. إنها مبنية من أربعة أنواع من وحدات السكر - السكريات الأحادية ، والسكريات الثنائية ، والسكريات قليلة السكرية ، والسكريات المتعددة. تقوم الدهون ، وهي جزيء حيوي رئيسي آخر للكائنات الحية ، بمجموعة متنوعة من الأدوار ، بما في ذلك العمل كمصدر للطاقة المخزنة والعمل كمرسلين كيميائيين. كما أنها تشكل أغشية ، تفصل الخلايا عن بيئاتها وتقسم الجزء الداخلي للخلية ، مما يؤدي إلى ظهور العضيات ، مثل النواة والميتوكوندريا ، في الكائنات الحية الأعلى (الأكثر تعقيدًا).

تشترك جميع الجزيئات الحيوية في علاقة أساسية بين البنية والوظيفة ، والتي تتأثر بعوامل مثل البيئة التي يحدث فيها جزيء حيوي معين. الدهون ، على سبيل المثال ، كارهة للماء ("خائفة من الماء") في الماء ، وكثير منها يرتب نفسها تلقائيًا بطريقة تحمي نهايات الجزيئات الكارهة للماء من الماء ، بينما تتعرض الأطراف المحبة للماء للماء. يؤدي هذا الترتيب إلى ظهور طبقات ثنائية للدهون ، أو طبقتين من جزيئات الفسفوليبيد ، والتي تشكل أغشية الخلايا والعضيات. في مثال آخر ، الحمض النووي ، وهو جزيء طويل جدًا - في البشر ، يبلغ الطول المجمع لجميع جزيئات الحمض النووي في خلية واحدة ممتدة من النهاية إلى النهاية حوالي 1.8 متر (6 أقدام) ، في حين أن نواة الخلية حوالي 6 ميكرومتر (6 - 10 -6 أمتار) في القطر - له هيكل حلزوني مرن للغاية يسمح للجزيء بأن يكون ملفوفًا وملفوفًا بإحكام. تلعب هذه الميزة الهيكلية دورًا رئيسيًا في تمكين احتواء الحمض النووي في نواة الخلية ، حيث يؤدي وظيفته في ترميز السمات الجينية.


الجزيئات الحيوية: أعلى 4 فئات من الجزيئات الحيوية

تلقي هذه المقالة الضوء على الفئات الأربع الأولى من الجزيئات الحيوية.

الفئات الأربعة الأولى من الجزيئات الحيوية هي: (1) الكربوهيدرات (2) الدهون (3) البروتينات والأحماض الأمينية و (4) الإيزوبرينويدات والأصباغ.

الجزيئات الحيوية:

تتكون المادة الحية بشكل أساسي من ستة عناصر - الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت. تشكل هذه العناصر مجتمعة حوالي 90٪ من الوزن الجاف لجسم الإنسان. توجد أيضًا العديد من العناصر الأخرى المهمة وظيفيًا في الخلايا. وتشمل هذه Ca و K و Na و CI و Mg و Fe و Cu و Co و I و Zn و F و Mo و Se.

الكربون - عنصر فريد في الحياة:

الكربون هو العنصر الأكثر انتشارًا وتنوعًا في الحياة. تمتلك خاصية فريدة لتشكيل عدد لا حصر له من المركبات. ويعزى ذلك إلى قدرة الكربون على تكوين روابط تساهمية ثابتة وسلاسل C-C بطول غير محدود. تشير التقديرات إلى أن حوالي 90٪ من المركبات الموجودة في النظام الحي تحتوي دائمًا على الكربون.

جزيئات الحياة الكيميائية:

تتكون الحياة من جزيئات كيميائية هامدة. تحتوي الخلية الوحيدة من البكتيريا Escherichia coli على حوالي 6000 مركب عضوي مختلف. يُعتقد أن الإنسان قد يحتوي على حوالي 100000 نوع مختلف من الجزيئات على الرغم من وصف القليل منها فقط.

الجزيئات الحيوية المعقدة:

تعمل المركبات العضوية مثل الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والسكريات الأحادية # 8217s كوحدات أحادية أو لبنات بناء للجزيئات الحيوية المعقدة - البروتينات والأحماض النووية (DNA و RNA) والسكريات على التوالي. يتم إعطاء الجزيئات الحيوية المهمة (الجزيئات الكبيرة) مع اللبنات الأساسية الخاصة بها والوظائف الرئيسية في الجدول 65.1. فيما يتعلق بالدهون ، يمكن ملاحظة أنها ليست بوليمرات حيوية بالمعنى الدقيق للكلمة ، ولكن معظمها تحتوي على أحماض دهنية.

التسلسل الهرمي الهيكلي للكائن الحي:

تشكل الجزيئات الكبيرة (البروتينات والدهون والأحماض النووية والسكريات) تجمعات فوق الجزيئية (مثل الأغشية) والتي بدورها تنتظم في عضيات وخلايا وأنسجة وأعضاء وأخيراً الكائن الحي بأكمله.

التركيب الكيميائي للإنسان:

التركيب الكيميائي لرجل عادي ، وزنه 65 كجم ، مبين في الجدول 65.2. الماء هو مذيب الحياة ويساهم في أكثر من 60٪ من الوزن. ويتبع ذلك البروتين (في الغالب في العضلات) والدهون (في الغالب في الأنسجة الدهنية). محتوى الكربوهيدرات منخفض نوعًا ما وهو في شكل جليكوجين.

المعلومات الأساسية عن الجزيئات الحيوية المختلفة ضرورية لفهم أفضل لمفاهيم التكنولوجيا الحيوية. يتم وصف الجزيئات الحيوية وهي الأحماض النووية (DNA و RNA) التي لها صلة مباشرة بالتكنولوجيا الحيوية.

فئة # 1. الكربوهيدرات:

الكربوهيدرات هي أكثر الجزيئات العضوية وفرة في الطبيعة. وهي تتكون أساسًا من عناصر الكربون والهيدروجين والأكسجين. الاسم الكربوهيدرات يعني حرفياً & # 8216 hydrates من الكربون. & # 8217 الكربوهيدرات يمكن تعريفها على أنها polyhydroxy- الألدهيدات أو الكيتونات أو المركبات التي تنتجها على التحلل المائي. مصطلح & # 8216 السكر & # 8217 ينطبق على الكربوهيدرات القابلة للذوبان في الماء وحلوة الذوق.

وظائف الكربوهيدرات:

تشارك الكربوهيدرات في مجموعة واسعة من الوظائف:

1. هم المصدر الغذائي الأكثر وفرة للطاقة (4 كالوري / غرام) لجميع الكائنات الحية.

2. الكربوهيدرات هي سلائف للعديد من المركبات العضوية (الدهون والأحماض الأمينية).

3. الكربوهيدرات (مثل البروتينات السكرية والجليكوليبيدات) تشارك في بنية غشاء الخلية والوظائف الخلوية مثل نمو الخلايا والالتصاق والتخصيب.

4. تعمل الكربوهيدرات أيضًا كشكل تخزين للطاقة (الجليكوجين) لتلبية متطلبات الطاقة الفورية للجسم.

تصنيف الكربوهيدرات:

غالبًا ما يشار إلى الكربوهيدرات باسم السكريات (باليونانية: sakcharon-sugar). يتم تصنيفها على نطاق واسع إلى 3 مجموعات - السكريات الأحادية & # 8217s ، السكريات قليلة السكاريد والسكريات المتعددة. يعتمد هذا التصنيف على عدد وحدات السكر. السكريات الأحادية والقليلة هي حلوة المذاق ، بلورية في طبيعتها وقابلة للذوبان في الماء ، ومن ثم فهي معروفة باسم السكريات.

أحادي السكاريد & # 8217s:

السكريات الأحادية & # 8217s (اليونانية: mono-one) هي أبسط مجموعة من الكربوهيدرات وغالبًا ما يشار إليها باسم السكريات البسيطة. لديهم الصيغة العامة Cن2س)ن، ولا يمكن تحللها بالماء. استنادًا إلى عدد ذرات الكربون ، يُنظر إلى السكاريد الأحادي & # 8217s على شكل ثلاثيات (3 درجات مئوية) ، تتروس (4 درجات مئوية) ، خماسيات (5 درجات مئوية) ، سداسي (6 درجات مئوية) ، سباعي (7 درجات مئوية). تُستخدم هذه المصطلحات جنبًا إلى جنب مع المجموعات الوظيفية أثناء تسمية السكاريد الأحادي & # 8217s. على سبيل المثال ، الجلوكوز هو ألدوهكسوز بينما الفركتوز هو كيتوهكسوز.

قلة السكريات:

تحتوي السكريات القليلة (اليونانية: oligo-few) على 2-10 جزيئات أحادية السكاريد يتم تحريرها عند التحلل المائي. استنادًا إلى عدد وحدات السكريات الأحادية الموجودة ، يتم تقسيم السكريات قليلة التعدد إلى ثنائيات السكاريد ، والسكريات الثلاثية ، إلخ.

السكريات:

السكريات المتعددة (باليونانية: poly-many) هي بوليمرات من وحدات أحادية السكاريد ذات وزن جزيئي مرتفع (يصل إلى مليون). عادة ما تكون عديمة الطعم (غير سكريات) وتشكل الغرويات بالماء. عديد السكاريد من نوعين - السكريات المتجانسة وعديدات السكاريد غير المتجانسة.

أحادي السكاريد & # 8217s:

الأيزومرية الفراغية هي سمة مهمة للسكريات الأحادية & # 8217s. الأيزومرات المجسمة هي المركبات التي لها نفس الصيغ الهيكلية ولكنها تختلف في تكوينها المكاني. يقال أن الكربون غير متماثل عندما يكون مرتبطًا بأربع ذرات أو مجموعات مختلفة. يحدد عدد ذرات الكربون غير المتماثلة (ن) الأيزومرات المحتملة لمركب معين يساوي 2 ن. يحتوي الجلوكوز على 4 كربون غير متماثل وبالتالي يحتوي على 16 أيزومرًا.

جليسيرالديهايد- الكربوهيدرات المرجعية:

Glyceraldehyde (triose) هو أبسط أحادي السكاريد مع ذرة كربون غير متماثلة. يوجد كإيزومرين فراغيين ، وقد تم اختياره على أنه الكربوهيدرات المرجعية لتمثيل بنية جميع الكربوهيدرات الأخرى.

الايزومرات D و L هي صور معكوسة لبعضها البعض. التوجه الخاص لمجموعات - H و - OH على ذرة الكربون (C5 للجلوكوز) المجاور لمركب الكحول الأولي النهائي الذي يحدد ما إذا كان السكر هو D- أو L-isomer. إذا كانت مجموعة —OH على الجانب الأيمن ، يكون السكر من سلسلة D ، وإذا كان على الجانب الأيسر ، فإنه ينتمي إلى سلسلة L-series. تم توضيح هياكل D- و L- الجلوكوز بناءً على السكاريد المرجعي الأحادي ، D- و L-glyceraldehyde (الجليسيروز) في الشكل .65.1

وتجدر الإشارة إلى أن السكاريد الأحادي الموجود بشكل طبيعي في أنسجة الثدييات هو في الغالب من التكوين D. آلية إنزيم الخلايا محددة لاستقلاب سلسلة D من السكاريد الأحادي & # 8217s.

النشاط البصري للسكريات:

النشاط البصري هو سمة مميزة للمركبات ذات ذرة الكربون غير المتماثلة. عندما يتم تمرير شعاع من الضوء المستقطب من خلال محلول أيزومر بصري ، سيتم تدويره إما إلى اليمين أو اليسار. يستخدم المصطلح dextrorotatory (+) و levorotatory (-) للمركبات التي تقوم على التوالي بتدوير مستوى الضوء المستقطب إلى اليمين أو اليسار.

جليكوسيدات:

تتشكل الجليكوسيدات عندما تتفاعل مجموعة هيدروكسيل هيميكيتال أو هيميكيتال (من كربون غير طبيعي) من الكربوهيدرات مع مجموعة هيدروكسيل من كربوهيدرات أخرى أو غير كربوهيدرات (مثل كحول الميثيل والفينول والجلسرين). تُعرف الرابطة المتكونة على هذا النحو باسم الرابطة الجليكوسيدية ويشار إلى الجزء غير الكربوهيدراتي (عند وجوده) باسم aglycone.

مشتقات أحادي السكاريد & # 8217s:

هناك العديد من مشتقات السكاريد الأحادي ، وبعضها مهم من الناحية الفسيولوجية:

عندما يتم استبدال مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر من السكاريد الأحادي & # 8217 بمجموعات أمينية ، فإن المنتجات المكونة هي سكريات أمينية على سبيل المثال د-جلوكوزامين ، د-جالاكتوزامين. هم موجودون كمكونات للسكريات غير المتجانسة.

هذه هي السكريات التي تحتوي على أكسجين واحد أقل من الموجود في الجزيء الأصل. المجموعات —CHOH و —CH2OH تصبح --CH2 و- CH3 بسبب نقص الأكسجين. D-2-Deoxyribose هو أهم مادة deoxysugar لأنه مكون هيكلي للحمض النووي (على عكس D-ribose في RNA).

3. حمض الأسكوربيك (فيتامين ج):

هذا فيتامين قابل للذوبان في الماء ، يشبه تركيبه إلى حد كبير تركيبة السكاريد الأحادي.

السكريات:

من بين السكريات قليلة السكاريد ، السكاريد هو الأكثر شيوعًا. كما يتضح من الاسم ، يتكون السكاريد من وحدتين أحاديتين السكاريد (متشابهة أو غير متشابهة) متماسكة معًا بواسطة رابطة جليكوسيدية. إنها بلورية ، قابلة للذوبان في الماء وحلوة الذوق.

السكاريد نوعان:

1. تقليل السكريات الثنائية باستخدام مجموعة الألدهيد المجانية أو مجموعة الكيتو ، على سبيل المثال المالتوز واللاكتوز.

2. السكريات غير المختزلة مع عدم وجود مجموعة الألدهيد أو كيتو الحرة ، على سبيل المثال السكروز ، طرهالوز.

السكريات:

تتكون عديد السكاريد (أو الجليكانات) من وحدات متكررة من السكاريد الأحادي & # 8217s أو مشتقاتها ، المجمعة معًا بواسطة روابط جليكوسيدية. يهتمون في المقام الأول بوظيفتين مهمتين - الهيكلية ، وتخزين الطاقة.

السكريات من نوعين:

1. عديدات السكاريد المتجانسة التي تنتج عند التحلل المائي نوعًا واحدًا فقط من السكاريد الأحادي. يتم تسميتها بناءً على طبيعة وحدة السكاريد الأحادي. وبالتالي ، فإن الجلوكان عبارة عن بوليمرات جلوكوز بينما الفركتوزان عبارة عن بوليمرات من الفركتوز.

2. عديدات السكاريد المتجانسة على التحلل المائي ينتج عنها خليط من عدد قليل من السكريات الأحادية # 8217s أو مشتقاتها.

النشا هو احتياطي الكربوهيدرات للنباتات وهو أهم مصدر غذائي للحيوانات الأعلى ، بما في ذلك الإنسان. تم العثور على نسبة عالية من النشا في الحبوب والجذور والدرنات والخضروات وما إلى ذلك. النشا هو بوليمر متجانس يتكون من وحدات D- الجلوكوز التي تحتفظ بها روابط α-glycosidic. ومن المعروف باسم جلوكوزان أو جلوكان.

يتكون النشا من مكونين من عديد السكاريد - أميلوز قابل للذوبان في الماء (15-20٪) وأميلوبكتين غير قابل للذوبان في الماء (80-85٪). كيميائيًا ، الأميلوز عبارة عن سلسلة طويلة غير متفرعة تحتوي على 200-1000 وحدة D- جلوكوز تحتفظ بها روابط α (1 → 4) جليكوسيدية. أميلوبكتين ، من ناحية أخرى ، عبارة عن سلسلة متفرعة بها روابط α (1 → 6) جليكوسيدية عند نقاط التفرع وروابط α (1 → 4) في كل مكان آخر. يشبه جزيء الأميلوبكتين الذي يحتوي على بضعة آلاف من وحدات الجلوكوز شجرة متفرعة (20-30 وحدة جلوكوز لكل فرع).

الجليكوجين هو احتياطي الكربوهيدرات في الحيوانات ، ومن ثم يشار إليه غالبًا باسم النشا الحيواني. يوجد الجليكوجين بتركيز عالٍ في الكبد ، يليه العضلات والدماغ وما إلى ذلك. يوجد الجليكوجين أيضًا في النباتات التي لا تحتوي على الكلوروفيل (مثل الخميرة والفطريات). يشبه هيكل الجليكوجين هيكل الأميلوبكتين مع عدد أكبر من الفروع. الجلوكوز هو وحدة التكرار في الجليكوجين المرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط α (1 → 4) روابط جليكوسيدية ، و α (1 → 6) روابط جليكوسيدية عند نقاط التفرع.

يتواجد السليلوز بشكل حصري في النباتات وهو المادة العضوية الأكثر وفرة في المملكة النباتية. وهو مكون سائد لجدار الخلية النباتية. السليلوز غائب تماما في جسم الحيوان. يتكون السليلوز من وحدات β-D- جلوكوز مرتبطة بـ β (1 → 4) روابط جليكوسيدية. لا يمكن هضم السليلوز من قبل الثدييات - بما في ذلك الإنسان - بسبب نقص الإنزيم الذي يشق روابط β-glycosidic (α amylase يكسر روابط α فقط).

تحتوي بعض الحيوانات المجترة والحيوانات العاشبة على كائنات دقيقة في القناة الهضمية تنتج إنزيمات يمكنها قطع روابط β-glycosidic. ينتج عن التحلل المائي للسليلوز سلوبيوز ثنائي السكاريد ، يليه بيتا- D- جلوكوز.

السليلوز ، على الرغم من عدم هضمه ، له أهمية كبيرة في تغذية الإنسان. وهو مكون رئيسي من الألياف ، الكربوهيدرات غير القابلة للهضم. تشمل وظائف الألياف الغذائية تقليل امتصاص الأمعاء للجلوكوز والكوليسترول بالإضافة إلى زيادة حجم البراز.

عديدات السكاريد المتجانسة:

عندما تتكون السكريات من أنواع مختلفة من السكريات أو مشتقاتها ، يشار إليها باسم عديدات السكاريد غير المتجانسة أو غير المتجانسة.

عديدات السكاريد المخاطية:

هذه عبارة عن وحدات غير متجانسة تتكون من وحدات متكررة من مشتقات السكر ، وهي السكريات الأمينية وأحماض اليورونيك. تُعرف عديدات السكاريد المخاطية بشكل أكثر شيوعًا باسم الجليكوزامينوجليكان & # 8217s (GAG). المجموعات الأمينية الأسيتيل ، إلى جانب مجموعات الكبريتات والكربوكسيل موجودة بشكل عام في هيكل GAG.

تم العثور على بعض عديدات السكاريد المخاطية مع البروتينات لتشكيل البروتينات المخاطية أو الأغشية المخاطية أو البروتيوغليكان. قد تحتوي البروتينات المخاطية على ما يصل إلى 95٪ كربوهيدرات و 5٪ بروتين. عديدات السكاريد المخاطية هي مكونات أساسية لبنية الأنسجة.

تتكون المساحات خارج الخلوية للأنسجة (خاصة النسيج الضام والغضاريف والجلد والأوعية الدموية والأوتار) من ألياف الكولاجين والإيلاستين المدمجة في مصفوفة أو مادة أرضية. تتكون المادة الأساسية في الغالب من GAG. تشمل عديدات السكاريد المخاطية الهامة حمض الهيالورونيك وشوندروتن 4 كبريتات والهيبارين وكبريتات ديرماتان وكيراتان سلفات.

فئة # 2. الدهون:

تعتبر الدهون (اليونانية: الدهون الدهنية) ذات أهمية كبيرة للجسم باعتبارها الشكل الرئيسي لتخزين الطاقة ، إلى جانب دورها في التركيب الخلوي والعديد من الوظائف البيوكيميائية الأخرى. على هذا النحو ، فإن الدهون هي مجموعة غير متجانسة من المركبات.

يمكن اعتبار الدهون على أنها مواد عضوية غير قابلة للذوبان نسبيًا في الماء ، قابلة للذوبان في المذيبات العضوية (كحول ، الأثير إلخ) ، في الواقع أو يحتمل أن تكون مرتبطة بالأحماض الدهنية وتستخدمها الخلايا الحية. على عكس السكريات والبروتينات والأحماض النووية ، فإن الدهون ليست بوليمرات. هم في الغالب جزيئات صغيرة.

تصنيف الدهون:

يتم تصنيف الدهون على نطاق واسع (تم تعديلها من Bloor) إلى دهون بسيطة ومعقدة ومشتقة ومتنوعة ، والتي يتم تقسيمها بشكل أكبر.

استرات الأحماض الدهنية مع الكحوليات.

هذه بشكل رئيسي من نوعين:

(أ) الدهون والزيوت (ثلاثي الجلسرين # 8217):

هذه هي استرات الأحماض الدهنية مع الجلسرين. الفرق بين الدهون والزيت هو مادي فقط. وبالتالي ، فإن الزيت عبارة عن سائل بينما الدهون صلبة في درجة حرارة الغرفة.

استرات الأحماض الدهنية (عادة طويلة السلسلة) مع كحول غير الجلسرين. يوجد كحول سيتيل بشكل شائع في الشموع.

2. الدهون المعقدة (أو المركبة):

استرات الأحماض الدهنية مع الكحوليات التي تحتوي على مجموعات إضافية مثل الفوسفات والقاعدة النيتروجينية والكربوهيدرات والبروتين إلخ.

هم منقسمون كذلك:

تحتوي الدهون التي تحتوي على حامض الفوسفوريك وغالبًا على قاعدة نيتروجينية. هذا بالإضافة إلى الكحول والأحماض الدهنية.

تحتوي هذه الدهون على أحماض دهنية وكربوهيدرات وقاعدة نيتروجينية. الكحول هو السفينجوزين ، ومن ثم يطلق عليهم أيضًا اسم جليكوسفينجوليبيدات. الجلسرين والفوسفات غائبان على سبيل المثال ، cerebrosides ، gangliosides.

مجمعات جزيئية كبيرة من الدهون مع البروتينات.

(د) الدهون المعقدة الأخرى:

من بين الدهون المعقدة الأخرى ، الكبريتيدات والأمينات والدهون وعديدات السكاريد الدهنية.

هذه هي المشتقات التي تم الحصول عليها من التحلل المائي لدهون المجموعة الأولى والمجموعة 2 التي تمتلك خصائص الدهون. وتشمل هذه الجلسرين والكحولات الأخرى والأحماض الدهنية والجليسيرولات الأحادية والثنائية والفيتامينات القابلة للذوبان في الدهون وهرمونات الستيرويد والهيدروكربونات والأجسام الكيتونية.

4. الدهون المتنوعة:

وتشمل هذه عددًا كبيرًا من المركبات التي تمتلك خصائص الدهون مثل الكاروتينات والسكوالين والهيدروكربونات مثل البنتاكوزان (في شمع النحل) والتربينات وما إلى ذلك.

يشار إلى الدهون غير المشحونة بالدهون المحايدة. هذه هي أحادي ، ثنائي ، وثلاثي الجلسرين & # 8217s ، الكوليسترول وإسترات الكوليستريل.

وظائف الدهون:

تؤدي الدهون عدة وظائف مهمة:

1. هم احتياطي الوقود المركز للجسم (ثلاثي الجلسرين # 8217).

2. الدهون هي مكونات بنية الغشاء وتنظم نفاذية الغشاء (الدهون الفوسفورية والكوليسترول).

3. تعمل كمصدر للفيتامينات التي تذوب في الدهون (أ ، د ، هـ ، ك).

4. الدهون مهمة كمنظم الأيض الخلوي (هرمونات الستيرويد والبروستاجلاندين).

أحماض دهنية:

الأحماض الدهنية هي أحماض كربوكسيلية مع سلسلة جانبية هيدروكربونية. هم أبسط شكل من أشكال الدهون.

الأحماض الدهنية الكربونية الفردية والزوجية:

معظم الأحماض الدهنية التي تحدث في الدهون الطبيعية هي حتى من الكربون (عادة 14 درجة مئوية - 20 درجة مئوية). هذا يرجع إلى حقيقة أن التخليق الحيوي للأحماض الدهنية يحدث بشكل أساسي مع الإضافة المتسلسلة لوحدتين كربون. حمض البالمتيك (16 درجة مئوية) وحمض دهني (18 درجة مئوية) هي الأكثر شيوعًا. من بين الأحماض الدهنية الفردية السلسلة ، حمض البروبيونيك (3C) وحمض الفاليريك (5C) معروفان جيدًا.

الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة:

لا تحتوي الأحماض الدهنية المشبعة على روابط مزدوجة ، بينما تحتوي الأحماض الدهنية غير المشبعة على رابطة مزدوجة أو أكثر. تحدث كل من الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة بشكل متساوٍ تقريبًا في الدهون الطبيعية. تُعرف الأحماض الدهنية ذات الرابطة المزدوجة باسم الأحماض الأحادية غير المشبعة ، وتعرف الأحماض الدهنية ذات الروابط المزدوجة أو أكثر مجتمعة باسم الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة (PUFA).

تمثيل الاختزال للأحماض الدهنية:

بدلاً من كتابة الهياكل الكاملة ، يستخدم علماء الكيمياء الحيوية الرموز المختصرة (بالأرقام) لتمثيل الأحماض الدهنية. القاعدة العامة هي كتابة العدد الإجمالي لذرات الكربون أولاً ، متبوعًا بعدد الروابط المزدوجة وأخيراً موضع (الكربون الأول) للروابط المزدوجة ، بدءًا من نهاية الكربوكسيل. وهكذا ، فإن الأحماض الدهنية المشبعة ، وحمض البالمتيك مكتوب على النحو 16: 0 ، وحمض الأوليك على النحو 18: 1 9 ، وحمض الأراكيدونيك 20: 4 5 ، 8 ، 11 ، 14.

الأحماض الدهنية الأساسية:

تُعرف الأحماض الدهنية التي لا يستطيع الجسم تصنيعها ، وبالتالي ، يجب توفيرها في النظام الغذائي باسم الأحماض الدهنية الأساسية (EFA). كيميائيا ، هي أحماض دهنية غير مشبعة ، وهي حمض اللينوليك (18: 2 9 ، 12) وحمض اللينولينيك (18: 3 9 ، 12 ، 15). يصبح حمض الأراكيدونيك (20: 4 5 ، 8 ، 11 ، 14) ضروريًا ، إذا لم يتم توفير سلفه حمض اللينوليك في النظام الغذائي بكميات كافية.

ثلاثي الجلسرين # 8217:

Triacylglycerol & # 8217s (سابقًا الدهون الثلاثية) هي إسترات الجلسرين مع الأحماض الدهنية. الدهون والزيوت الموزعة على نطاق واسع في كل من النباتات والحيوانات هي كيميائيًا ثلاثي الجلسرين & # 8217. وهي غير قابلة للذوبان في الماء وذات طبيعة غير قطبية وتعرف باسم الدهون المحايدة.

Triacylglycerol & # 8217s هي المجموعة الأكثر وفرة من الدهون التي تعمل بشكل أساسي كاحتياطي وقود للحيوانات. احتياطي الدهون للإنسان العادي (الرجال 20٪ ، النساء 25٪ بالوزن) كافٍ لتلبية متطلبات الجسم من السعرات الحرارية لمدة 2-3 أشهر.

هياكل اسيل جلسرين:

الجلسرين الأحادي ، و diacylglycerojs ، و triacylglycerol & # 8217s ، التي تتكون على التوالي من جزيء واحد ، واثنين ، وثلاثة جزيئات من الأحماض الدهنية المؤسترة إلى جزيء من الجلسرين ، معروفة. من بين هؤلاء ، ثلاثي الجلسرين & # 8217s هي الأكثر أهمية في الكيمياء الحيوية. يحتوي Triacylglycerol & # 8217s من النباتات على نسبة أعلى من الأحماض الدهنية غير المشبعة مقارنةً بالحيوانات.

الفوسفوليبيد:

وهي دهون معقدة أو مركبة تحتوي على حمض الفوسفوريك ، بالإضافة إلى الأحماض الدهنية والقاعدة النيتروجينية والكحول.

هناك نوعان من الفوسفوليبيدات:

1. Glycerophospholipids (أو phosphoglycerides) التي تحتوي على الجلسرين مثل الكحول ، على سبيل المثال الليسيثين ، السيفالين ، فوسفاتيديلينوسيتول ، فوسفاتيديل سيرين ، بلازمالوجينات.

2. السفينغوفوسفوليبيدات (أو السفينغوميلين) التي تحتوي على السفينغوزين مثل الكحول ، على سبيل المثال سيراميد.

البروتينات الدهنية:

البروتينات الدهنية هي مجمعات جزيئية من الدهون مع البروتينات. هم مركبات نقل الدهون في الدورة الدموية. هناك خمسة أنواع من البروتينات الدهنية ، وهي الكيلومكرونات ، والبروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (VLDL) ، والبروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (LDL) ، والبروتينات الدهنية عالية الكثافة (HDL) ومجمعات الأحماض الدهنية - الألبومين الحرة.

منشطات:

الستيرويدات هي المركبات التي تحتوي على نواة الستيرويد الحلقية (أو الحلقة) وهي cyclopentanoperhydrophenanthrene (CPPP). يتكون من نواة الفينانثرين (الحلقات A و B و C) التي ترتبط بها حلقة السيكلوبنتان (D).

هناك العديد من المنشطات في النظام البيولوجي. وتشمل هذه الكوليسترول والأحماض الصفراوية وفيتامين د والهرمونات الجنسية وهرمونات قشر الكظر. إذا كان الستيرويد يحتوي على مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر ، فإنه يُعرف باسم ستيرول (يعني الكحول الصلب). تم توضيح هياكل نواة الستيرويد والكوليسترول في الشكل .65.3.

الصنف رقم 3. البروتينات والأحماض الأمينية:

البروتينات هي أكثر الجزيئات العضوية وفرة في النظام الحي. تحدث في كل جزء من الخلية وتشكل حوالي 50٪ من الوزن الجاف الخلوي. تشكل البروتينات الأساس الأساسي لبنية ووظيفة الحياة.

وظائف البروتينات:

تؤدي البروتينات مجموعة كبيرة ومتنوعة من الوظائف المتخصصة والأساسية في الخلايا الحية. يمكن تصنيف هذه الوظائف على نطاق واسع على أنها ثابتة (هيكلية) وديناميكية.

تؤدي بعض البروتينات دورًا & # 8216 Brick and Mortar & # 8217 وهي مسؤولة بشكل أساسي عن بنية الجسم وقوته. وهي تشمل الكولاجين والإيلاستين الموجودين في مصفوفة العظام والجهاز الوعائي والأعضاء الأخرى والأكيراتين الموجود في أنسجة البشرة.

الوظائف الديناميكية للبروتينات أكثر تنوعًا في الطبيعة. وتشمل هذه البروتينات التي تعمل كأنزيمات ، وهرمونات ، وعوامل تخثر الدم ، والغلوبولين المناعي ، ومستقبلات الغشاء ، وبروتينات التخزين ، إلى جانب وظيفتها في التحكم الوراثي ، وتقلص العضلات ، والتنفس ، وما إلى ذلك. تعتبر البروتينات التي تؤدي وظائف ديناميكية بشكل مناسب بمثابة خيول عاملة & # 8217 من زنزانة.

البروتينات عبارة عن بوليمرات من الأحماض الأمينية:

البروتينات عند التحلل المائي الكامل (مع HCI المركز لعدة ساعات) تنتج الأحماض الأمينية L-α. هذه خاصية مشتركة لجميع البروتينات. لذلك ، البروتينات هي بوليمرات الأحماض الأمينية L-α.

أحماض أمينية:

الأحماض الأمينية هي مجموعة من المركبات العضوية التي تحتوي على مجموعتين وظيفيتين - أمينو وكربوكسيل. المجموعة الأمينية (—NH2) أساسية بينما مجموعة الكربوكسيل (- COOH) حمضية بطبيعتها.

الهيكل العام للأحماض الأمينية:

تسمى الأحماض الأمينية بالأحماض الأمينية ألفا ، إذا كانت كل من مجموعات الكربوكسيل والأمينية مرتبطة بذرة الكربون نفسها ، كما هو موضح أدناه

ترتبط ذرة α-carbon بسلسلة جانبية ممثلة بـ R والتي تختلف لكل من الأحماض الأمينية العشرين الموجودة في البروتينات. توجد الأحماض الأمينية في الغالب في شكل مؤين في النظام البيولوجي (كما هو موضح أعلاه).

الايزومرات الضوئية للأحماض الأمينية:

إذا تم ربط ذرة كربون بأربع مجموعات مختلفة ، فإنها تكون غير متناظرة وبالتالي تظهر تماثل بصري. تمتلك الأحماض الأمينية (باستثناء الجلايسين) أربع مجموعات متميزة (R ، H ، COO & # 8211 ، NH3 +) التي عقدها α-carbon. وبالتالي فإن جميع الأحماض الأمينية (باستثناء الجلايسين حيث R = H) لها أيزومرات بصرية. تتم كتابة هياكل الأحماض الأمينية L و D بناءً على تكوين L- و D- glyceraldehyde كما هو موضح في الشكل 65.4. تتكون البروتينات من الأحماض الأمينية L-α

تصنيف الأحماض الأمينية:

هناك طرق مختلفة لتصنيف الأحماض الأمينية بناءً على التركيب والطبيعة الكيميائية والمتطلبات الغذائية والمصير الأيضي وما إلى ذلك:

تصنيف الأحماض الأمينية على أساس الهيكل:

يعتمد التصنيف الشامل للأحماض الأمينية على هيكلها وطبيعتها الكيميائية. يتم تعيين رمز مكون من 3 أحرف أو حرف واحد لكل حمض أميني. تستخدم هذه الرموز بشكل شائع لتمثيل الأحماض الأمينية. تنقسم الأحماض الأمينية العشرين الموجودة في البروتينات إلى سبع مجموعات متميزة.

في الجدول 65.3 ، يتم إعطاء مجموعات مختلفة من الأحماض الأمينية ورموزها وتركيبها.

التصنيف الغذائي للأحماض الأمينية:

الأحماض الأمينية العشرون (الجدول 65.3) مطلوبة لتركيب مجموعة متنوعة من البروتينات ، إلى جانب الوظائف البيولوجية الأخرى. ومع ذلك ، لا يلزم تناول كل هذه الأحماض الأمينية العشرين في النظام الغذائي.

بناءً على المتطلبات الغذائية ، يتم تجميع الأحماض الأمينية في فئتين - أساسية وغير أساسية:

1. الأحماض الأمينية الأساسية أو التي لا غنى عنها:

تسمى الأحماض الأمينية التي لا يمكن لجسم الإنسان تصنيعها ، وبالتالي يجب توفيرها من خلال النظام الغذائي ، بالأحماض الأمينية الأساسية. فهي مطلوبة للنمو السليم والحفاظ على الفرد. الأحماض الأمينية العشرة المذكورة أدناه ضرورية للبشر (وكذلك الفئران):

أرجينين ، فالين ، هيستيدين ، آيسولوسين ، ليسين ، ليسين ، ميثيونين ، فينيل ألانين ، ثريونين ، تريبتوفان.

[رمز A.V. يمكن حفظ HILL، MP.، T. T. (الحرف الأول من كل حمض أميني) لاستدعاء الأحماض الأمينية الأساسية. الرموز المفيدة الأخرى هي H. VITTAL و LMP و MATTVILPhLy.]

2 - الأحماض الأمينية غير الأساسية أو التي يمكن الاستغناء عنها:

يمكن للجسم أن يصنع حوالي 10 أحماض أمينية لتلبية الاحتياجات البيولوجية ، وبالتالي لا يلزم تناولها في النظام الغذائي. هذه هي - الجلايسين ، الألانين ، السيرين ، السيستين ، الأسبارتات ، الأسباراجين ، الجلوتامات ، الجلوتامين ، التيروزين والبرولين.

هيكل البروتينات:

البروتينات هي بوليمرات الأحماض الأمينية L-a-amino. إن بنية البروتينات معقدة نوعًا ما ويمكن تقسيمها إلى 4 مستويات من التنظيم (الشكل 65.5):

التسلسل الخطي للأحماض الأمينية التي تشكل العمود الفقري للبروتينات (عديد الببتيدات).

2- الهيكل الثانوي:

الترتيب المكاني للبروتين عن طريق التواء سلسلة البولي ببتيد.

التركيب ثلاثي الأبعاد لبروتين وظيفي.

4. الهيكل الرباعي:

تتكون بعض البروتينات من سلسلتين بولي ببتيد أو أكثر يشار إليها بالوحدات الفرعية. يُعرف الترتيب المكاني لهذه الوحدات الفرعية بالبنية الرباعية.

التركيب الأساسي للبروتين:

يحتوي كل بروتين على تسلسل فريد من الأحماض الأمينية يتم تحديده بواسطة الجينات الموجودة في الحمض النووي. الهيكل الأساسي للبروتين مسؤول إلى حد كبير عن وظيفته.

يتم تجميع الأحماض الأمينية معًا في بروتين بواسطة روابط أو روابط الببتيد التساهمية. هذه الروابط قوية نوعًا ما وتعمل كمادة تدعيم بين الأحماض الأمينية الفردية.

تشكيل رابطة الببتيد:

عندما تتحد المجموعة الأمينية للحمض الأميني مع مجموعة الكربوكسيل لحمض أميني آخر ، تتشكل رابطة الببتيد (الشكل 65.6). لاحظ أن ثنائي الببتيد سيحتوي على نوعين من الأحماض الأمينية ورابط ببتيد واحد (وليس اثنين). يشار إلى الببتيدات التي تحتوي على أكثر من 10 أحماض أمينية (ديكاببتيد) باسم عديد الببتيدات.

تحديد الهيكل الأساسي:

يشتمل الهيكل الأساسي على تحديد الأحماض الأمينية المكونة فيما يتعلق بجودتها وكميتها وتسلسلها في بنية البروتين.

تعتبر عينة نقية من البروتين أو البولي ببتيد ضروريًا لتحديد البنية الأولية التي تتضمن 3 مراحل:

1. تحديد تكوين الأحماض الأمينية.

2. تحلل البروتين أو عديد الببتيد إلى أجزاء أصغر.

3. تحديد تسلسل الأحماض الأمينية.

التركيب الثانوي للبروتين:

يشار إلى تشكيل سلسلة البولي ببتيد عن طريق التواء أو الطي بالهيكل الثانوي. توجد الأحماض الأمينية بالقرب من بعضها البعض في تسلسلها. يتم تحديد نوعين من الهياكل الثانوية ، α-helix و-sheet ، بشكل أساسي.

α-Helix هو التركيب الحلزوني الأكثر شيوعًا للبروتين. لديها ترتيب صارم من سلسلة بولي ببتيد. تم اقتراح هيكل α-Helical بواسطة Pauling and Corey (1951) والذي يعتبر أحد المعالم البارزة في أبحاث الكيمياء الحيوية.

فيما يلي السمات البارزة للحلزون الأيمن وهو هيكل مستقر وأكثر شيوعًا في النظام الحي (الشكل 65.7):

1. الحلزون α عبارة عن هيكل ملفوف معبأ بإحكام مع سلاسل جانبية من الأحماض الأمينية تمتد إلى الخارج من المحور المركزي.

2. يتم تثبيت α-helix عن طريق روابط هيدروجينية واسعة النطاق. يتكون بين ذرة H ملحقة بالببتيد N ، وذرة O ملحقة بالببتيد C.

3. تشارك جميع روابط الببتيد باستثناء الأول والأخير في سلسلة عديد الببتيد في الرابطة الهيدروجينية.

4. كل دورة من اللولب ألفا تحتوي على 3.6 من الأحماض الأمينية وتقطع مسافة 0.54 نانومتر. التباعد بين كل حمض أميني 0.15 نانومتر.

5. α-Helix هو شكل مستقر يتشكل تلقائيًا بأدنى طاقة.

هذا هو النوع الثاني من البنية (ومن ثم β بعد α) الذي اقترحه Pauling و Corey. تتكون الأوراق المطوية (أو ببساطة أوراق β) من جزأين أو أكثر من سلاسل الببتيد الممتدة بالكامل. في الصفائح β ، تتشكل روابط الهيدروجين بين الأجزاء المجاورة لسلسلة (سلاسل) بولي ببتيد.

البنية الثلاثية للبروتين:

يُشار إلى الترتيب ثلاثي الأبعاد لهيكل البروتين بالبنية الثلاثية. إنه هيكل مدمج مع سلاسل جانبية كارهة للماء مثبتة بالداخل بينما المجموعات المحبة للماء على سطح جزيء البروتين. يضمن هذا النوع من الترتيب استقرار الجزيء.

روابط الهيكل الثالث:

إلى جانب روابط الهيدروجين ، تساهم روابط ثاني كبريتيد (-S-S) ، والتفاعلات الأيونية (الروابط الكهروستاتيكية) والتفاعلات الكارهة للماء أيضًا في البنية الثلاثية للبروتينات.

يستخدم مصطلح المجال لتمثيل الوحدات الأساسية لبنية البروتين (التعليم العالي) والوظائف. يتكون عديد الببتيد الذي يحتوي على 200 حمض أميني عادةً من مجالين أو أكثر.

التركيب الرباعي للبروتين:

تتكون الغالبية العظمى من البروتينات من سلاسل أحادية متعددة الببتيد. ومع ذلك ، تتكون بعض البروتينات من اثنين أو أكثر من عديد الببتيدات والتي قد تكون متطابقة أو غير مرتبطة. تسمى هذه البروتينات باسم أوليغومرات وتمتلك بنية رباعي. تُعرف سلاسل البولي ببتيد الفردية بالمونومرات أو البروتومرات أو الوحدات الفرعية. يتكون الثنائى من اثنين من عديد الببتيدات بينما يحتوي رباعي الببتيدات على أربعة.

الروابط في الهيكل الرباعي:

يتم تجميع الوحدات الفرعية الأحادية معًا بواسطة روابط غير تساهمية وهي الروابط الهيدروجينية والتفاعلات الكارهة للماء والروابط الأيونية.

تصنيف البروتينات:

يتم تصنيف البروتينات بعدة طرق. نناقش هنا ثلاثة أنواع رئيسية لتصنيف البروتينات بناءً على وظيفتها ، والطبيعة الكيميائية وخصائص الذوبان والأهمية الغذائية.

التصنيف الوظيفي للبروتينات:

بناءً على الوظيفة التي تؤديها ، يتم تصنيف البروتينات إلى مجموعات مختلفة (مع أمثلة)

1. البروتينات الهيكلية:

كيراتين الشعر والأظافر ، كولاجين العظام.

2. الإنزيمات أو البروتينات التحفيزية:

5. البروتينات المقلصة:

سموم الثعابين والغلوبولين المناعي # 8217s.

9. بروتينات مستقبلات الهرمونات والفيروسات.

تصنيف البروتين على أساس الطبيعة الكيميائية والذوبان:

هذا تصنيف أكثر شمولاً وشعبية للبروتينات. يعتمد على خصائص تكوين الأحماض الأمينية وهيكلها وشكلها وقابليتها للذوبان. يتم تصنيف البروتينات على نطاق واسع إلى 3 مجموعات رئيسية (الجدول 65.4).

وهي تتكون من بقايا الأحماض الأمينية فقط.

2. البروتينات المقترنة:

إلى جانب الأحماض الأمينية ، تحتوي هذه البروتينات على جزء غير بروتيني يُعرف باسم المجموعة الاصطناعية أو مجموعة التصريف.

هذه هي المنتجات المشوهة أو المتحللة للبروتينات البسيطة والمترافقة. تنقسم الفئات الثلاث المذكورة أعلاه إلى مجموعات مختلفة. يرد ملخص تصنيف البروتين في الجدول 65.4.

من بين البروتينات البسيطة ، تكون البروتينات الكروية كروية الشكل ، قابلة للذوبان في الماء أو مذيبات أخرى وقابلة للهضم مثل الألبومين والجلوبيولين. البروتينات الصلبة (البروتينات الليفية) هي ألياف تشبه الشكل وغير قابلة للذوبان في الماء ومقاومة للهضم مثل الكولاجين والكيراتين.

قد تحتوي البروتينات المترافقة على مجموعات اصطناعية مثل الحمض النووي والكربوهيدرات والدهون والمعادن وما إلى ذلك. يتم إنتاج البروتينات المشتقة الأولية بواسطة عوامل مثل الحرارة والأحماض والقلويات وما إلى ذلك ، في حين أن البروتينات المشتقة الثانوية هي منتجات تحلل مائي للبروتينات.

صنف # 4. Isoprenoids و أصباغ:

الإيزوبرينويدات والأصباغ هي مركبات عضوية موزعة في الغالب في المملكة النباتية. يؤدون مجموعة متنوعة من الوظائف.

إيزوبرينويدات:

تسمى Isoprenoids أيضًا باسم terpenoids أو (terpenes) حيث توجد في زيت التربنتين بتركيزات عالية. تتكون الأيزوبرينويدات التي تحدث بشكل طبيعي من وحدة إيزوبرين ذات خمسة كربون. تتشكل غالبية الأيزوبرينويدات عن طريق ضم وحدات الأيزوبرين من الرأس إلى الذيل كما هو موضح أدناه

تصنيف التربين:

يعتمد تصنيف التربينات بشكل أساسي على عدد الأيزوبرين (C5ح8) الوحدات موجودة. يتم إعطاء الفئات الرئيسية للتربينات مع أمثلة مختارة في الجدول 65.5.

أصباغ:

الأصباغ عبارة عن مركبات عضوية مكدسة توجد في الكائنات الحية ، معظمها في النباتات ، وإلى حد طفيف في الحيوانات. كيميائيًا ، الأصباغ عبارة عن جزيئات ذات وزن جزيئي مرتفع ، تتكون في الغالب من هيدروكربونات غير مشبعة. تحتوي بعض الأصباغ أيضًا على هياكل دورية.

يتم وصف المجموعات الرئيسية للأصباغ بإيجاز:

أكثر المركبات الملونة وفرة في العالم هو الكلوروفيل ، صبغة التمثيل الضوئي. هناك أنواع مختلفة من الكلوروفيل (ج ، د ، هـ ، أ) مع اختلاف طفيف في الألوان - الأخضر والأزرق المخضر والأصفر المخضر.

من الناحية الهيكلية ، تتكون الكلوروفيل من tetrapyrroles (حلقات البيرول) مع النيتروجين المرتبط بالمغنيسيوم.

تم العثور على Tetrapyrroles أيضًا في الهيم في بعض البروتينات. وتشمل هذه الهيموغلوبين ، السيتوكرومات ، الكاتلاز والبيروكسيديز.

رباعي الأرجل (الكاروتينات):

لون الكاروتينات متغير ، بشكل عام أصفر أو برتقالي أو أحمر. تم تحديد عدد كبير من الكاروتينات (حوالي 600) في المملكة النباتية على سبيل المثال. P- كاروتين ، زانثوفيل & # 8217s ، الليكوبين.

الأنثوسيانين هي مجموعة من مركبات الفلافونويد التي تمثل المنتجات الفينولية الطبيعية. الأنثوسيانين هي مركبات ملونة ، توجد في الغالب في الزهور والفواكه. أنها تحتوي على هيكل حلقي مشترك يسمى الأنثوسيانيدين.


الدهون:

عادة ما تكون الدهون غير قابلة للذوبان في الماء. يمكن أن تكون الدهون عبارة عن أحماض دهنية بسيطة وتحتوي بعض الدهون على مركبات عضوية فوسفورية ومفسرة. تسمى الدهون التي تحتوي على الفوسفور فوسفوليبيدات.يحتوي الحمض الدهني على مجموعة كربوكسيل مرتبطة بمجموعة R. يمكن أن تكون المجموعة R عبارة عن ميثيل أو إيثيل أو عدد أكبر من CH2 المجموعة (1 كربون إلى 19 كربون).

يمكن أن تكون الأحماض الدهنية مشبعة أو غير مشبعة. تحتوي العديد من الدهون على كل من الجلسرين والأحماض الدهنية. في هذه الحالة ، تم العثور على الأحماض الدهنية أسترة مع الجلسرين. يمكن أن تكون أحادي الجليسريد وثنائي الجليسريد وثلاثي الغليسريد. على أساس نقاط الانصهار ، يمكن تسميتها بالدهون والزيوت. للزيوت نقاط انصهار أقل بينما تحتوي الدهون على نقاط انصهار أعلى.

يوجد عدد من مركبات الكربون ذات الحلقات الحلقية غير المتجانسة الموجودة في الكائنات الحية. بعضها عبارة عن قواعد نيتروجينية ، على سبيل المثال الأدينين ، الجوانين ، السيتوزين ، اليوراسيل وتيمين. عندما ترتبط قاعدة نيتروجينية بسكر ، فإنها تسمى نوكليوزيد ، على سبيل المثال أدينوزين ، جوانوزين ، ثيميدين ، يوريدين وسيتيدين. إذا تم العثور أيضًا على مجموعة فوسفات أسترة إلى السكر ، فسيتم تسميتها بالنيوكليوتيدات ، على سبيل المثال حمض الأدينيليك ، وحمض الثيميديليك ، وحمض الجوانيليك ، وحمض اليوريديليك ، وحمض السيتيدليك.

المستقلبات الأولية: تسمى المستقلبات التي لها وظائف محددة بالمستقلبات الأولية. يلعبون أدوارًا رئيسية معروفة في العمليات الفسيولوجية العادية. تم العثور على جميع metbaolites الأولية في الخلايا الحيوانية.

المستقلبات الثانوية: هناك بعض المستقلبات التي ليس لدينا معلومات كافية عنها لاقتراح دورها في العمليات الفسيولوجية. تسمى هذه المستقلبات بالأيضات الثانوية. لا توجد المستقلبات الثانوية في الخلايا الحيوانية.

المستقلبات الأوليةالمستقلبات الثانوية
سكرأصباغ: الكاروتينات والأنثوسيانين
أحماض أمينيةقلويدات: مورفين ، كودين
الدهونالتربينويدات: أحاديات التربين ، ديتيربين
قواعد النيتروجينالزيوت الأساسية
النيوكليوتيداتالسموم: أبرين ، ريسين
نيوكليوسيداتليكتينات: كونكالافالين أ
الأدوية: فينبلاستين ، الكركمين
مواد البوليمر: المطاط ، الصمغ ، السليلوز

الجزيئات الدقيقة: تسمى الجزيئات الحيوية ذات الثمانات الجزيئية الأقل من ألف دالتون الجزيئات الدقيقة أو ببساطة الجزيئات الحيوية.

الجزيئات الحيوية: تسمى الجزيئات الحيوية ذات الأوزان الجزيئية التي تزيد عن ألف دالتون الجزيئات الحيوية. توجد هذه في الجزء غير القابل للذوبان في الحمض.


دليل محاضرة AP 05A & # 8211 الجزيئات الكبيرة

2. ما هي الأطعمة التي تعتقد أنها ستدخل الدم بشكل أسرع؟ لماذا ا؟

3. ما هي الأدوار العامة للكربوهيدرات؟ ______________________________________

4. ضع قائمة ببعض السكريات الأحادية مع صيغها الجزيئية.

5. تسمى السكريات المزدوجة ______________________________________________________

6. ضع قائمة بالسكريات الأحادية التي يتكون منها كل منها:

أ. المالتوز _________________________________________________________________

ب. السكروز _________________________________________________________________________

ج. اللاكتوز __________________________________________________________________

6. تتكون بوليمرات السكريات _______________________________________________________

7. ما هي أفضل أشكال عديد السكاريد لكل وظيفة:

أ. قوة الهيكل _______________________________________________________

ب. التخزين وإطلاق السكر __________________________________________________

ج. ما هو موضوع هذا العنوان؟ ______________________________________________

8. كيف يختلف ألفا عن الشكل بيتا للجلوكوز ولماذا هو مهم للحيوانات؟

9. كيف يتم مقارنة دور وهيكل السكريات التالية؟

ب. الجليكوجين ________________________________________________________________

10. تسعون في المائة من الآسيويين ، و 75 في المائة من الأمريكيين الأفارقة ، ونسبة أقل بكثير من

إن سكان شمال أوروبا يعانون من عدم تحمل اللاكتوز. لماذا تعتقد أننا نرى هذا النمط؟


احماض نووية

يتم تخزين جميع المعلومات اللازمة للتحكم في الخلايا وبنائها في هذه الجزيئات.

هناك نوعان رئيسيان من الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). كلا هذين الجزيئين عبارة عن بوليمرات. وهي تتكون من وحدات فرعية أحادية مثل الكربوهيدرات والبروتينات الموصوفة سابقًا. تسمى المونومرات المستخدمة في بناء الأحماض النووية بالنيوكليوتيدات. غالبًا ما يُشار إلى النيوكليوتيدات بالاختصارات ذات الحرف الواحد A و C و G و T و U. مثل كل المونومرات الموصوفة حتى الآن ، فإن المونومرات المستخدمة لبناء الحمض النووي متشابهة مع بعضها البعض ولكنها ليست متشابهة تمامًا. أحد الاختلافات بين DNA و RNA هو المجموعة الفرعية من النيوكليوتيدات المستخدمة في بناء البوليمرات. يحتوي الحمض النووي على A و C و G و T بينما يحتوي RNA على A و C و G و U.

حمض ديوكسي ريبونوكلييك (دنا)

يتكون الحمض النووي من سلسلتين طويلتين (بوليمرات) من النيوكليوتيدات الملتوية حول بعضها البعض لتشكيل التركيب الحلزوني أو الحلزوني الموضح أدناه. يتم ترتيب الجزيئات الملتوية بطريقة معينة ، مع وجود نيوكليوتيدات معينة دائمًا عبر بعضها البعض. دائمًا ما يقترن النوكليوتيدات المحتوية على الأدينين (أ) مع النيوكليوتيدات التي تحتوي على الثايمين (T). وبالمثل ، دائمًا ما يتزاوج الجوانين (G) مع السيتوزين (C). إذا نظرت عن كثب إلى الرسومات أدناه ، يمكنك رؤية أزواج النيوكليوتيدات تتفاعل في منتصف اللولب. يمكن أن تكون البوليمرات التي تشكل الحمض النووي طويلة للغاية ، حيث تصل إلى ملايين النيوكليوتيدات لكل جزيء DNA فردي. يصور الرسم التالي خيطًا قصيرًا من الحمض النووي مزدوج الشريطة. 2

يقع الحمض النووي في نواة الخلايا ، وهي بنية سيتم وصفها في القسم التالي من الموقع. تحتوي جميع الخلايا المنواة في جسم الإنسان على نفس محتوى الحمض النووي بغض النظر عن وظيفتها. الفرق هو أي أجزاء من الحمض النووي يتم استخدامها في أي خلية معينة. على سبيل المثال ، تحتوي الخلايا التي يتكون منها الكبد على نفس الحمض النووي للخلايا التي تتكون منها العضلات. تعتمد الأنشطة المختلفة بشكل كبير لهذين النوعين من الخلايا على أجزاء الحمض النووي النشطة في الخلايا. الحمض النووي هو شكل تخزين المعلومات الجينية ويعمل كمخطط للخلايا. كما سنرى ، يمكن أن تؤدي التغييرات في تسلسل الحمض النووي إلى تغييرات في سلوك الخلية. النمو غير المنظم ، بالإضافة إلى العديد من التغييرات الأخرى التي تظهر في السرطان ، هي في النهاية نتيجة للطفرات والتغيرات في بنية الحمض النووي.

حمض النووي الريبي

يشبه الحمض النووي الريبي (RNA) من نواح كثيرة الحمض النووي. إنه بوليمر من النيوكليوتيدات يحمل المعلومات الموجودة في الجينات. بالإضافة إلى بعض الاختلافات الكيميائية بين RNA و DNA ، هناك اختلافات وظيفية مهمة.

  • يتم نسخ الحمض النووي الريبي من الحمض النووي في النواة ويتم شحن الكثير منه إلى العصارة الخلوية.
  • الحمض النووي الريبي هو الشكل العملي للمعلومات المخزنة في الحمض النووي.
  • الحمض النووي الريبي واحد تقطعت بهم السبل ، وليس مزدوج تقطعت بهم السبل

تعمل المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلايا مثلما يستخدم المهندس المعماري مخططًا. يمكّن الإنتاج المحدد لـ RNA الخلية من استخدام صفحات "المخطط" المطلوبة فقط في أي وقت معين. من المهم جدًا أن يتم إنتاج الحمض النووي الريبي الصحيح في الوقت الصحيح. في السرطان ، لا يحدث إنتاج أو تنظيم رنا معين بشكل صحيح. تمامًا كما أن القراءة غير الصحيحة للمخطط ستؤدي إلى ظهور عيوب في المبنى ، فإن الإنتاج غير السليم للحمض النووي الريبي يسبب تغيرات في سلوك الخلية قد تؤدي إلى الإصابة بالسرطان. سيتم تناول هذا الموضوع المهم بتعمق في القسم الخاص بوظيفة الجينات. سنقوم أولاً بفحص الأشكال الأكثر تعقيدًا للجزيئات الحيوية ، ثم سنقدم بعض المكونات الوظيفية الرئيسية للخلايا حقيقية النواة.


المحاضرة 04: Biomolecules - Biology

أ. السليلوز: إنه عديد السكاريد (البنيوي) الأكثر وفرة على الأرض. إنها سلسلة مستقيمة بوليمر متجانس تتكون من آلاف شقوق الجلوكوز المرتبطة ببعضها البعض بواسطة β (1 - 4) ارتباط جليكوسيد موجود في النباتات. إنه بوليمر من وحدات السيلوبيوز (يكرر Glc β (1-4) Glc) كما يتضح في الشكل. يفتقر البشر والعديد من الحيوانات الأخرى إلى إنزيم السليلوز المطلوب لتحلل روابط بيتا-جليكوسيد.
العديد من مجموعات الهيدروكسيل على جزيئات الجلوكوز من سلسلة واحدة تشكل روابط هيدروجينية مع ذرات الأكسجين على نفس السلسلة أو السلسلة المجاورة ، وبالتالي تمسك السلاسل معًا بقوة جنبًا إلى جنب لتشكيل الألياف الدقيقة مما يعطي قوة شد عالية.

ب. الكيتين: الكيتين بالنسبة للمملكة الحيوانية هو السليلوز بالنسبة للمملكة النباتية. وهو عبارة عن عديد سكاريد خطي وفير آخر يشكل المكونات الهيكلية للعديد من الهياكل الخارجية اللافقارية للحشرات والقشريات. إنه بوليمر من وحدات N- أسيتيل جلوكوزامين (يُختصر باسم NAG أو GlcNAc) والذي يرتبط برابطة β (1-4) جليكوسيد. يتمثل الاختلاف الوحيد بين تركيبة الجلوكوز و N-acetyl-glucosamine في استبدال مجموعة C-2 hydroxyl بمجموعة amino acetylated. هذا يسمح بزيادة الترابط الهيدروجيني بين البوليمرات المجاورة مما يعطي الكيتين قوة أكبر من السليلوز.

هناك اختلافات معينة بين النشا (الأميلوبكتين ، بشكل أكثر تحديدًا) والجليكوجين. واحد منهم هو المتفرعة. في الجليكوجين ، يحدث التفرع بشكل متكرر ، أي أن نقطة التفرع بعد كل 6-10 بقايا.
يمكن إضافة وحدات الجلوكوز أو إزالتها فقط من الأطراف غير المختزلة للأميلوبكتين والجليكوجين. كلما زاد عدد نقاط الفروع ، كلما توفرت أطراف أكثر لاسترداد الجلوكوز وتخزينه. فرق آخر بين الهياكل الجزيئية لكليهما. يحتوي الأميلوبكتين على جلوكوز واحد مجاني في الطرف المختزل لـ "فرع الشجرة" بينما يفتقر الجليكوجين إلى نهاية مختزلة حرة. وذلك لأن بقايا الجلوكوز في مركز "لولب" الجليكوجين مرتبطة تساهميًا ببروتين يسمى الجليكوجينين (انظر الشكل المجاور).

ه. الهيبارين: الهيبارين هو عديد السكاريد غير المتجانسة مع خصائص مضادة للتخثر. له قيمة طبية للجراحة ويستخدم لعلاج تجلط الدم. يوجد الهيبارين في جدران الشرايين حيث يسهل التفاعلات بين مضاد الثرومبين (مثبط لتجلط الدم) والثرومبين (بروتين مكون للجلطة).


المحاضرة 04: Biomolecules - Biology

C2006 / F2402 '04 مخطط المحاضرة رقم 14

(c) 2004 الدكتورة ديبورا موشوفيتز ، جامعة كولومبيا ، نيويورك ، نيويورك. آخر تحديث 03/10/2004 10:43 ص. تمت إضافة بعض التفاصيل والمراجع إلى المشكلات التي تمت إضافتها بعد المحاضرة هذا اللون.

I. تفاصيل HT / Ant. حفرة. المحور ، تابع

أ. الهرمونات تحت المهاد

1. المدخلات: تنتج خلايا الغدد الصم العصبية في HT هرمونات - استجابة لمدخلات متعددة - انظر المحاضرة الأخيرة.

2. النواتج: الخلايا العصبية الصم في HT نوعان:

أ. بعضها له أجسام في HT ومحاور / أطراف في الغدة النخامية الخلفية - الافراج عن ADH وأمبير الأوكسيتوسين. انظر المحاضرة الأخيرة للحصول على التفاصيل.

ب. تطلق بعض الخلايا في HT هرمونات من HT نفسها.

(1). قم بإفراز الهرمونات في وعاء البوابة (الذي يربط سريرين شعريين) الذي ينتقل مباشرة إلى الغدة النخامية الأمامية. انظر Purves 41.7 [38.5] والنشرة 13B.

(2). تؤثر الهرمونات التي يطلقها HT على إنتاج / إفراز هرمونات أخرى بواسطة النمل. حفرة.

(3). يمكن أن يكون التأثير على الإطلاق محفزًا (RH مثل الهرمون المطلق لـ ACTH) أو مثبطًا (IH مثل الهرمون المثبط لإفراز البرولاكتين = PIH) للحصول على قائمة كاملة ، انظر Purves 41.2 [الجدول 38.2]

(4). جميع هرمونات HT (باستثناء PIH) عبارة عن ببتيدات / بروتينات.

(5). PIH (هرمون مثبط البرولاكتين) = الدوبامين = حمض أميني معدل. معلومات إضافية عن الدوبامين (DA) والمركبات ذات الصلة - انظر (أ) إلى (د) أدناه:

(أ). الهياكل: انظر النشرة 14 أ لتراكيب الكاتيكولامينات = الإبينفرين الملقب بالأدرينالين والنورادرينالين الملقب بالنورأدرينالين والدوبامين. هذه كلها أحماض أمينية معدلة مشتقة من التيروزين. كل قابل للذوبان في الماء. (لاحظ أن هرمون الغدة الدرقية مشتق أيضًا من التيروزين ولكنه قابل للذوبان في الدهون انظر أدناه.)

(ب). هناك العديد من المستقبلات لجميع الكاتيكولامينات. تسمى مستقبلات epi و epi المستقبلات الأدرينالية. الدوبامين له مستقبلاته الخاصة.

(ج). جميع المستقبلات لجميع الكاتيكولامينات هي تأثيرات هرمونية مرتبطة ببروتين G على أي نوع خلية معين وتعتمد على (1) المستقبلات الموجودة و (2) ما ينشطه كل مستقبل من البروتين G. يقوم كل بروتين G بأحد الإجراءات التالية: تنشيط adenyl cyclase يمنع adenyl cyclase تنشيط phospholipase C. راجع المحاضرة 12 للحصول على أمثلة للاستجابات المختلفة لـ epi بسبب الفرق. مستقبلات.

(د). ترتبط جميع المستقبلات الأدرينالية بكل من epi و norepi. ترتبط بعض أنواع المستقبلات بشكل أفضل ببعضها البعض ، وبعضها الآخر يرتبط جيدًا بكليهما. يعمل الإبينفرين في الغالب من خلال مستقبلات بيتا الأدرينالية النوربينفرين في الغالب من خلال مستقبلات ألفا الأدرينالية.

B. هرمونات الغدة النخامية الأمامية

1. الهرمونات المدارية (لأسماء الهرمونات والخلايا المستهدفة ، انظر النشرة 13 ب)

أ. من صنع النملة. حفرة والتأثير على الغدد الصماء الأخرى

ب. إطلاق يتحكم فيه الهرمونات من HT

ج. التأثير على الأنسجة المستهدفة

(1). التأثير هو عادة الافراج عن اخر هرمون

(2). الهرمونات التي تطلقها الأهداف هي المنشطات أو تتصرف مثلها (هرمون الغدة الدرقية)

(3). تعمل جميع الهرمونات المدارية من خلال مستقبلات G و cAMP.

د. ثلاثة أنواع رئيسية من الهرمونات المدارية - تمت تسمية كل نوع باسم هدفه - انظر النشرة 13 ب وجدول أمبير أدناه.

انظر المشكلة 7-4. (تخطي 5 الآن.)

  • عندما تتشكل الغدة ، تترك الطبقة الظهارية القناة إلى الخارج.

  • يتدفق الإفراز من الغدة إلى القناة - & gt في الخارج أو التجويف.

  • أمثلة:

غدد العرق والثدي والغدد المسيلة للدموع - وغدد المعدة الخارجية - وتجويف جي تي.

  • عندما تتشكل الغدة ، تتقلص الطبقة الظهارية دون ترك أي قناة

  • يدخل إفراز (هرمون) من الغدة إلى الدم.

  • مثال: الغدد التناسلية ، البنكرياس ، الغدة الكظرية.

جرب المسائل 7-1 وأمبير 7-13.

ب. MSH إلخ.

(1). كل ذلك يأتي من انشقاق سلائف ببتيد واحد (pro-opio-melanocortin أو pomC) الذي يتم تقطيعه لإعطاء ACTH و MSH وما إلى ذلك.

(2). يمكن تقطيع نفس السلائف بطرق مختلفة في الأنسجة و / أو الأنواع المختلفة. ملحوظة: هذه معالجة بديلة للبروتين ، وليست RNA.

(3). وظيفة هذه الهرمونات غامضة نسبيًا.

3. ملخص لهرمونات النمل الاستوائية & amp & quot؛ المدارية الزائفة & quot؛ هرمونات النمل. حفرة

* تنتقل جميع الهرمونات القابلة للذوبان في الدهون عبر الدم المرتبط ببروتينات البلازما.

جرب المشكلة 7-2 & amp 7-4 إذا لم تكن قد انتهيت بعد ، ولكن تخطي 5 (من 7-4) في الوقت الحالي.

C. HT / محور الغدة النخامية الأمامي - إعداد وتنظيم أمبير للدائرة الكلية (HT - & gt Ant. Pit. - & gt target)

1. حالة عامة: انظر Purves 41.8

أ. الشلال: HT - & GT إفراز الهرمون - & GT AP - & gt tropic الهرمون - & gt غدة الهدف - & هرمون GT - & GT النسيج المستهدف - & gt الإجراء.

ب. اللائحة: الهرمون (هرمون الغدة الدرقية ، المنشطات الجنسية ، إلخ) له تأثير سلبي على HT و AP. لماذا تمنع كليهما؟

(1). ردود الفعل تمنع HT - يغير إنتاج الهرمونات المنبعثة / المثبطة (تغيير الإشارة إلى AP)

(2). ردود الفعل تمنع استجابة AP للإشارة من HT (ربما عن طريق خفض تنظيم المستقبلات)

(3). كلاهما نيج. تؤدي تأثيرات التغذية الراجعة إلى تثبيط إطلاق الهرمونات المدارية من AP

2. حالة محددة: إنتاج هرمون الغدة الدرقية (انظر النشرة 14A Purves الشكل 41.9 [38.8])

أ. الشلال: HT - & GT TRH - & GT AP - & GT TSH - & GT غدة الهدف - & GT TH - & GT النسيج المستهدف - & gt زيادة في معدل الأيض الأساسي ، إلخ.

ب. اللائحة

(1). ردود الفعل السلبية: TH يثبط إنتاج كل من TSH و TRH.

(2). نوعان مختلفان من تضخم الغدة الدرقية (تضخم الغدة الدرقية)

(أ). عندما يكون TH منخفضًا (قصور الغدة الدرقية): نقص اليود أو أي عامل آخر - & gt انخفاض مستوى TH - & gt نقص ردود الفعل السلبية على HT & amp / أو AP - & gt فرط إنتاج TSH - & تضخم الغدة الدرقية

(ب). عندما يكون TH مرتفعًا (فرط نشاط الغدة الدرقية): يمكن في بعض الأحيان أن يكون لديك الكثير من التحفيز لمستقبلات TSH بسبب الإفراط في إنتاج TRH و / أو TSH أو فرط تحفيز المستقبلات على الرغم من ارتفاع مستويات TH (& amp neg. feedback). انظر مرض جريفز أدناه.

(3). مرض جريفز = تعمل الأجسام المضادة لمستقبلات TSH كمحفزات لـ TSH. (حالة (ب) أعلاه). مصطلحان مهمان:

ناهض = يعمل مثل - أو له نفس تأثير - الترابط الطبيعي

المضاد = يعيق عمل - أو تأثير - الترابط الطبيعي

(4). ماذا يفعل هرمون الغدة الدرقية؟ يرفع معدل الأيض الأساسي وهو ضروري خلال الطفولة لنمو الدماغ.

(5). كيف يتم صنع هرمون الغدة الدرقية؟ عن طريق تعديل وإعادة ترتيب التيروزينات في ثيروجلوبولين (TG) - انظر النشرة 14

بروتين (TG) مصنوع على حويصلات RER - & gt Golgi - & gt

تيراغرام مخزنة في تجويف الغدة

I- تناولته في الغدة التي أضفتها إلى التيروزينات من TG في التجويف أحد التيروزين المعدل المضاف إلى OH من الآخر.

تحلل TG في الجسيمات الحالة - & gt تطلق T4 أو T3 - & gt تنتشر خارج الخلية عبر الغشاء. يتصرف مثل الستيرويد. (للهياكل ، انظر النشرة أو النصوص.)

(6). كيف ينتقل هرمون الغدة الدرقية عن طريق الدم؟ ترتبط جميع الهرمونات القابلة للذوبان في الدهون ببروتينات البلازما ، إما بالبروتينات العامة أو بروتينات الربط المحددة لهذا الهرمون. يتم نقل T4 و T3 بواسطة الجلوبيولين المرتبط بهرمون الغدة الدرقية ، وهو خاص بهرمون الغدة الدرقية.

جرب المشكلة 7-5 و 7-9. (إذا كان لديك وقت ، فهناك مشاكل إضافية حول هذا الموضوع - معظم مجموعة المشكلات 7.)

كيف تستخدم الهرمونات للتحكم في التوازن؟

II. مقدمة في علم وظائف الأعضاء والكائنات متعددة الخلايا

A. نمط حياة خلية مفردة مقابل متعدد الخلايا

1. الكائنات الحية وحيدة الخلية

أ. تحيط بها خارجي بيئة -- لا يمكن تغييرها أو تنظيمها

ب. لديك واحد الوظيفة الأساسية - تنمو وتتكاثر

ج. يرد للظروف الخارجية (بما أنه لا يمكن تغييرها) للحفاظ على الحالة المثلى داخل الخلايا

(1). التقط و / أو تفريغ ما هو ضروري لعملية التمثيل الغذائي

(2). حافظ على الظروف داخل الخلايا (الرقم الهيدروجيني ، ومستوى الأحماض الأمينية ، والأكسجين ، وما إلى ذلك) ثابتة قدر الإمكان واستهلك أقل قدر ممكن من الطاقة عن طريق ضبط معدلات النسخ ، ونشاط الإنزيم ، إلخ.

د. ملحوظة لا تخصص: كل خلية تقوم بجميع الوظائف الممكنة

2. الكائنات متعددة الخلايا والتوازن أمبير

  • البلازما = جزء سائل من الدم = سائل بين خلايا الدم

  • سائل خلالي = سائل بين جميع الخلايا الأخرى

ج. كل خلية لها اثنين وظائف أساسية

(1). تنمو أو تحافظ على نفسها على النحو الوارد أعلاه

(2). دور متخصص في الحفاظ على التوازن الطبيعي للكائن الحي

د. الخلايا متخصص. يتطلب الحفاظ على التوازن الداخلي تعاون العديد من أنواع الخلايا المختلفة ، وليس فقط الدوائر داخل خلية واحدة.

ب. التنظيم - كيف يتم إعداد الخلايا للتعاون في كائن متعدد الخلايا؟

1. الخلايا والأنسجة وأكبر 4 أنواع من الأنسجة - انظر المحاضرة رقم 4، & amp ؛ شكل Purves. 40.2 و 40.3 و 40.4.

2. الأجهزة

أ. مصنوعة من (أنواع مختلفة) من المناديل.

ب. مثال: بطانة الجهاز الهضمي. لها طبقات - ظهارية ، ضامة ، عضلية ، وعصبية للامتصاص ، الدعم ، الانقباض ، والتنظيم على التوالي. (انظر شكل Purves 40.2 [37.2])

3. الأنظمة - مجموعة الأعضاء - & gt body or organ system. العمل معًا للحفاظ على التوازن لبعض المكونات. يعتمد عدد الأنظمة على من يقوم بالعد. المعتاد # هو 8-12 انظر Purves للحصول على قائمة ورسوم توضيحية (الجدول 40.1 [الأشكال. 37.3 إلى 37.8])

ثالثا. كيف يتم تنظيم أحد مكونات البيئة الداخلية؟

ج: لنلق نظرة على مثال محدد ، وهو الجلوكوز في الدم. منظر الأرجوحة. انظر النشرة 14C. أو Purves 50.20 [47.19]

1. لديك متغير منظم - مستوى الجلوكوز في الدم

2. بحاجة إلى جهاز استشعار (أو مستقبل) - لقياس مستويات المتغير المنظم (الجلوكوز)

3. بحاجة إلى المستجيب (ق) - للتحكم في مستويات المتغير المنظم (الجلوكوز) - عادة ما يكون له مؤثران يعملان بطرق متعارضة.

ملحوظة: يستخدم المصطلح & quoteffector & quot بشكل مختلف في البيولوجيا الجزيئية وفي علم وظائف الأعضاء. في علم وظائف الأعضاء ، يتم استخدامه عادة للإشارة إلى أنسجة أو عضو (مثل العضلات أو الكبد) يقوم بعمل وبالتالي ينتج عنه تأثير. & quot في هذا المثال ، المؤثرات = الهياكل التي تعمل على رفع أو خفض مستوى الجلوكوز في الدم. في البيولوجيا الجزيئية ، عادةً ما يستخدم المصطلح & quoteffector & quot للدلالة على & معدل الحصة النسبية لوظيفة البروتين. & quot A modulator = جزيء صغير (مثل محفز أو منشط إنزيم وما إلى ذلك) يرتبط بالبروتين ويغير شكل و / أو وظيفة البروتين. البروتين ، وبالتالي محفزات تأثير.

4. هل لديك نقطة محددة - المستوى الذي يجب أن يكون عليه المتغير المنظم (جلوكوز الدم). تُستخدم نقطة الضبط أيضًا في بعض الأوقات للإشارة إلى المستوى الذي تبدأ عنده التصحيحات (لرفع القيمة أو خفضها).

في معظم الحالات ، لا يوجد فرق بين هذين التعريفين لنقطة التحديد. في بعض الحالات ، قد تختلف القيمة المرغوبة (التعريف الأول) والقيمة التي تحدث عندها التصحيحات (التعريف الثاني). على سبيل المثال ، قد يكون هناك نقطتان فاصلتان - علوية وسفلية ، تحصر المستوى المطلوب لمتغير منظم. عند مستويات أعلى أو أقل من نقاط التوقف المعنية ، يتم إرسال الرسائل إلى المستجيبين المناسبين لاتخاذ الإجراءات التصحيحية. يستخدم المصطلح & quotcritical value & quot؛ أحيانًا بدلاً من & quotset Points & quot لوصف نقطة (نقاط) الفصل.

5. ردود فعل سلبية - يستجيب النظام لإبطال التغييرات من نقطة محددة. (في حالة f.b الإيجابية ، يستجيب النظام للتغيير بجعله أكبر وأكبر حتى - & gt boom!)

6. لا تظل قيمة المتغير المنظم ثابتة تمامًا ، ولكن يبقى ضمن حدود ضيقة.

انظر المشكلة 5-1 وأمبير 5-2 أ & ب.

انتهت محاضرة الفصل الفعلي هنا. سيتم تغطية المواد المتبقية في المحاضرة رقم 15.

ب- مثال آخر - تنظيم درجة حرارة الجسم (عند البشر) - منظر الأرجوحة (14 درجة مئوية)

1. الميزات غير الموجودة في علبة الجلوكوز:

أ. أجهزة استشعار متعددة في أماكن مختلفة (لدرجات الحرارة الأساسية والجلد).

ب. بحاجة إلى مركز تكامل منفصل (IC).

(1). في هذا المثال ، IC = الوطاء (HT)

(2). يلزم وجود IC منفصل إذا كان هناك أجهزة استشعار متعددة.

(3). دور IC: ينسق المعلومات الواردة (الواردة) من أجهزة الاستشعار التي ترسل معلومات صادرة (صادرة) إلى المستجيبين.


الحمض النووي كمادة وراثية | مادة الاحياء

أجرى فريدريك جريفيث في عام 1928 سلسلة من التجارب على Streptococcus pneumoniae (وهي بكتيريا تسبب الالتهاب الرئوي). ولاحظ أنه عندما تنمو هذه البكتيريا (Streptococcus pneumonia) على صفيحة استنبات ، ينتج بعضها مستعمرات ناعمة ولامعة (نوع S) ، بينما ينتج البعض الآخر مستعمرات خشنة (نوع R). يرجع هذا الاختلاف في الطابع (ناعم / خشن) إلى طبقة مخاطية (عديد السكاريد) موجودة في بكتيريا سلالة S. ، والتي لا توجد في سلالة R.

في تجاربه ، أصاب أولاً مجموعتين منفصلتين من الفئران. تموت الفئران المصابة بالسلالة S من الالتهاب الرئوي.

& # 8216S & # 8217 السلالات الفتاكة التي تسبب الالتهاب الرئوي.

الفئران المصابة بالسلالة R لا تصاب بالتهاب رئوي وتعيش.

سلالة S (سلالة خبيثة) → حقن في الفئران → تموت الفئران

R- سلالة (سلالة غير خبيثة) → حقن في الفئران → تعيش الفئران

في المجموعة التالية من التجارب ، قتل جريفيث البكتيريا عن طريق تسخينها. الفئران التي حُقنت ببكتيريا السلالة S القاتلة بالحرارة لم تموت وتعيش ، في حين أن الفئران التي حُقنت بمزيج من بكتيريا السلالة S المميتة بالحرارة وبكتيريا سلالة R الحية ، ماتت بسبب أعراض غير متوقعة للالتهاب الرئوي.

سلالة S (قتل الحرارة) → حقن في الفئران → تعيش الفئران

سلالة S (قتل الحرارة) + سلالة R (حية) → حقن في الفئران → تموت الفئران

استنتج جريفيث أن بكتيريا سلالة R الحية ، تم تحويلها بواسطة بكتيريا سلالة S.

لقد أثبت أن هناك بعض & # 8216 مبدأ التحويل & # 8217 الذي تم نقله من سلالة S المقتولة بالحرارة ، والتي ساعدت بكتيريا R-Strain على تصنيع طبقة عديد السكاريد الملساء وبالتالي تصبح ضارة. كان ذلك بسبب نقل المادة الوراثية.

ومع ذلك ، لم يكن قادرًا على تحديد الطبيعة البيوكيميائية للمادة الوراثية من تجاربه.

التوصيف الكيميائي الحيوي لمبدأ التحويل:

عمل Oswald Avery و Colin MacLeod و Maclyn McCarty (1933-44) على تحديد الطبيعة البيوكيميائية لمبدأ التحويل & # 8216 & # 8217 في تجربة Griffith & # 8217s في نظام في المختبر.

من الخلايا S المقتولة بالحرارة ، قاموا بتنقية المواد الكيميائية الحيوية (البروتينات ، الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي ، إلخ) لملاحظة تلك المواد الكيميائية الحيوية التي يمكن أن تحول الخلايا R الحية إلى خلايا S.

لذلك ، اكتشفوا أن الحمض النووي وحده من بكتيريا من النوع S المقتولة بالحرارة تسبب في تحول البكتيريا غير الخبيثة من النوع R إلى بكتيريا من النوع S.

إنزيمات هضم البروتين (بروتياز) وإنزيمات هضم الحمض النووي الريبي (RNases) لم تسبب هذا التحول. أثبت هذا أن & # 8216 المادة المحولة & # 8217 لم يكن البروتين ولا الحمض النووي الريبي.

تسبب إنزيم هضم الحمض النووي (DNase) في تثبيط التحول ، مما يشير إلى أن الحمض النووي تسبب في التحول. وهكذا توصل هؤلاء العلماء إلى استنتاج مفاده أن الحمض النووي هو المادة الوراثية.

تجربة هيرشي والمطاردة:

جاء الدليل على الحمض النووي كمادة وراثية من التجربة. أجرى ألفريد هيرشي ومارثا تشيس (1952) بعض التجارب على الفيروسات التي تصيب البكتيريا. تسمى هذه الفيروسات بالعاثيات.

تدخل المادة الوراثية للعاثية إلى الخلية البكتيرية بعد أن تلتصق العاثية بالبكتيريا. تعالج الخلية البكتيرية المادة الوراثية للفيروس (العاثية) مثل المادة الوراثية الخاصة بها ثم تنتج المزيد من جزيئات الفيروس. أجرى هيرشي وتشيس تجارب لمعرفة ما إذا كان البروتين أو الحمض النووي من الفيروس هو الذي دخل البكتيريا.

لهذا ، أخذوا وسيلتين منفصلتين لتنمية هذه العاثيات:

(ط) احتوى أحد الوسطين على فوسفور مشع والوسيط الآخر يحتوي على كبريت مشع. ثم نمت الفيروسات (العاثية) في كل وسط.

(أ) تحتوي الفيروسات التي نمت في وجود الفوسفور المشع (32 P) على دنا مشع (لكن ليس بروتينًا مشعًا). هذا لأن الحمض النووي يحتوي على الفوسفور وليس البروتين.

(ب) بالطريقة نفسها ، تحتوي الفيروسات التي نمت في الوسط المحتوي على الكبريت المشع (35 ق) الآن على بروتين مشع (وليس DNA مشع). وذلك لأن الحمض النووي لا يحتوي على الكبريت.

(2) ثم سمح لهذه الفيروسات المشعة (العاثيات) بالالتصاق بالبكتيريا (E. colt). مع استمرار عملية الإصابة بالفيروس ، تم تحريك البكتيريا في الخلاط وإزالة الطبقات الفيروسية من البكتيريا.

(3) عندما تم تدويرها في جهاز طرد مركزي ، تم فصل جزيئات الفيروس عن البكتيريا.

(4) لاحظوا أن البكتيريا المصابة بالفيروس المحتوي على دنا مشع كانت مشعة ، في حين أن البكتيريا المصابة ببروتينات مشعة لم تكن مشعة.

(5) يشير هذا إلى أن الحمض النووي فقط وليس الغلاف البروتيني دخل الخلية البكتيرية.

(6) وبالتالي ، فإن المادة الجينية التي تنتقل من الفيروس إلى البكتيريا هي الحمض النووي.

خصائص المواد الجينية:

من تجربة هيرشي وتشيس ، تم إثبات حقيقة أن الحمض النووي يعمل كمواد وراثية. ولكن في وقت لاحق ، كشفت الدراسات أنه في بعض الفيروسات (على سبيل المثال ، فيروسات التبغ الفسيفسائية ، عاثية QB ، إلخ) الحمض النووي الريبي هو المادة الوراثية.

فيما يلي المعايير التي يجب أن يستوفيها الجزيء ليكون بمثابة مادة وراثية:


الجزيئات الحيوية اليسرى أو اليمنى

تأتي العديد من الجزيئات الحيوية في نسختين يمثلان صورة معكوسة لبعضهما البعض ، مثل اليد اليسرى واليد اليمنى. تستخدم الخلايا بشكل عام النسخة اليسرى من الأحماض الأمينية لإنتاج البروتينات ، وكان يُعتقد أن آليات الامتصاص تشترك في هذا التفضيل. أظهر علماء جامعة جرونينجن الآن أن بروتين النقل بدائية النواة يمكنه نقل كلا الإصدارين من الأحماض الأمينية الأسبارتات بكفاءة متساوية. يوضح التحليل التفصيلي لهيكل الناقل سبب حدوث ذلك. تم نشر النتائج في المجلة eLife في 24 أبريل.

لطالما عُرِفَت "طغيان" الحياة لأكثر من قرن من الزمان. يتم إنتاج العديد من الجزيئات العضوية في نسختين لهما نفس الصيغة الكيميائية والاتصال بين الذرات ولكنهما هيكليًا صورة مرآة لبعضهما البعض. أثناء التطور ، تم اختيار النسخة اليسرى (L) لبعض الجزيئات ، بينما تم استخدام صورة معكوسة (D) للبعض الآخر. هذه مشكلة في تصنيع الأدوية ، حيث يكون أحيانًا إصدار واحد فقط فعالًا والإصدار الآخر يمكن أن يسبب آثارًا جانبية خطيرة.

ضد التوقعات

يوضح ديرك سلوتبوم ، أستاذ الكيمياء الحيوية بجامعة جرونينجن ، أن "الكائنات الحية تستخدم الأحماض الأمينية L في إنتاج البروتينات ، لكنها تستخدم أحيانًا الأحماض الأمينية D ، على سبيل المثال في جدران الخلايا البكتيرية". يحتوي الجهاز العصبي المركزي للثدييات على بروتين نقل للناقل العصبي L-glutamate يمكنه أيضًا نقل الحمض الأميني الأسبارتات. "وقد تبين أن هذا يتعرف على كل من L-aspartate و D-aspartate."

هذا يتعارض مع التوقعات. نظرًا لأن الأحماض الأمينية L هي المركبات النشطة وظيفيًا ، فمن المنطقي أن تختار بروتينات النقل "يدًا" واحدة فقط. Slotboom: يأتي هذا من الاختلاف في الهيكل. يتطلب التعرف بواسطة الناقل أن يكون هيكل الجزيء مناسبًا لموقع الارتباط. وكما أنه لا يمكن وضع يدك اليسرى في قفاز اليد اليمنى ، فإن ربط الأحماض الأمينية D ببروتين النقل الذي تطور لقبول الأحماض الأمينية L أمر مستحيل.

لم يتم إجراء أي دراسات آلية أو هيكلية حقيقية حتى الآن لشرح السبب الذي يجعل الناقل من الجهاز العصبي المركزي يتحدى هذا المنطق. لذلك قرر سلوتبوم ، مع زميله ألبرت جوسكوف ، الأستاذ المساعد ورئيس مختبر علم البلورات بالأشعة السينية الجزيئية الحيوية ، معالجة هذا السؤال. أجرت الباحثة في ما بعد الدكتوراة فالنتينا أركيبوفا تحليلًا هيكليًا لبروتين النقل ، بينما قامت دكتوراه. أجرى الطالب جيانلوكا ترينكو دراسات وظيفية. في تجاربهم ، استخدموا بروتين النقل المتماثل الموجود في الكائنات الحية الدقيقة ، والذي يحتوي على موقع ربط مطابق تقريبًا لموقع ناقل الثدييات.

وجد Trinco أن L-aspartate و D-aspartate تم نقلهما بنفس الطريقة ، مدعومًا بنقل ثلاثة أيونات الصوديوم. "بالإضافة إلى ذلك ، فإن التقارب بين كلا الركيزتين متشابه أيضًا" ، كما يقول. درست Arkhipova بنية موقع الربط مع إرفاق L- أو D-aspartate. لاحظت أن D-aspartate تم استيعابها مع إعادة ترتيب طفيفة فقط للهيكل: `` المفتاح هو أن هناك مساحة كافية لربط D- الأسبارتات المختلفة هندسيًا. موقع التجليد ليس مثل القفاز ، ولكنه يشبه القفاز.

ناقل عصبي

في الكائنات الحية الدقيقة ، ينقل البروتين الأسبارتات فقط ، والتي يمكن للخلايا استخدامها لبناء البروتينات واستخدامها أيضًا كوقود أو كمصدر للنيتروجين. في الثدييات ، ينقل البروتين المتماثل الغلوتامات في الجهاز العصبي المركزي ، حيث يُستخدم الحمض الأميني كناقل عصبي. يزيل بروتين النقل L-glutamate من الشق المشبكي ، وهو الجزء الذي يتم فيه تمرير النبضات العصبية إلى عصبون آخر.

هناك مؤشرات على أن الأسبارتات يمكن أن يعمل أيضًا كناقل عصبي. يقول Slotboom: "إذا كان الأمر كذلك ، فقد يؤدي كل من L- و D-aspartate هذه الوظيفة". تقارب كلا النوعين من الأسبارتات مرتفع للغاية. قد يشير هذا إلى وظيفة محددة ويقترح أن D-aspartate يستخدم أيضًا لشيء ما. ومن المثير للاهتمام ، أن D-glutamate لا يقبله الناقل. مرة أخرى ، يبدو أن هذه مسألة تتعلق بالفضاء: يحتوي الغلوتامات على مجموعة ميثيلين إضافية مقارنة بالأسبارتات. "وفي D-glutamate ، من المحتمل أن يتسبب هذا الميثيلين في حدوث صدام مع موقع الربط." لا يصلح ، ولا حتى في القفاز.


تغطي الدورات الأساسية لقسم الأحياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، 7.012 و 7.013 و 7.014 ، نفس المادة الأساسية ، والتي تشمل المبادئ الأساسية للكيمياء الحيوية وعلم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية وبيولوجيا الخلية. يتم التأكيد بشكل خاص على الوظيفة البيولوجية على المستوى الجزيئي وتغطي هيكل وتنظيم الجينات ، وكذلك هيكل وتركيب البروتينات ، وكيف يتم دمج هذه الجزيئات في الخلايا ، وكيف يتم دمج هذه الخلايا في الأنظمة والكائنات متعددة الخلايا. بالإضافة إلى ذلك ، كل نسخة من الموضوع لها مادة مميزة خاصة بها.

يركز 7.012 على استكشاف الأبحاث الحالية في بيولوجيا الخلية ، وعلم المناعة ، وعلم الأعصاب ، وعلم الجينوم ، والطب الجزيئي.

يسلط الضوء على الدورة

تتميز هذه الدورة بمجموعة كاملة من محاضرات الفيديو من قبل البروفيسور إريك لاندر ، مدير معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والقائد الرئيسي لمشروع الجينوم البشري والبروفيسور روبرت أ.

تعد جهود تطوير التعليم لدورات علم الأحياء التمهيدية هذه واحدة من العديد من الأنشطة التي تجريها مجموعة HHMI Education Group في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. تركز هذه المجموعة على أعمال تطوير المناهج لإنشاء أدوات التدريس في دورات علم الأحياء الجامعية.

شكر وتقدير

تتضمن مواد الدراسة ومجموعات المشكلات ومواد الاختبار المستخدمة خلال خريف 2004 لـ 7.012 مساهمات من المدرسين السابقين ومساعدي التدريس وأعضاء آخرين في قسم الأحياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المنتسبين إلى الدورة التدريبية # 7.012. نظرًا لأن الأعمال التالية قد تطورت على مدار سنوات عديدة ، فلا يمكن عزو مصدر واحد إليها.


شاهد الفيديو: Major Biological moleculesBiomoleculesStructural study of Biomolecules. (كانون الثاني 2022).