معلومة

12.1.2: تخليق الجزيئات البيولوجية - علم الأحياء


مهارات التطوير

  • افهم تركيب الجزيئات الكبيرة
  • اشرح الجفاف (أو التكثيف) وتفاعلات التحلل المائي

كما تعلمت ، الجزيئات البيولوجية هي جزيئات كبيرة ، ضرورية للحياة ، مبنية من جزيئات عضوية أصغر. هناك أربع فئات رئيسية من الجزيئات البيولوجية الضخمة (الكربوهيدرات ، والدهون ، والبروتينات ، والأحماض النووية) ؛ كل منها مكون خلية مهم ويؤدي مجموعة واسعة من الوظائف. تشكل هذه الجزيئات مجتمعة غالبية الكتلة الجافة للخلية (تذكر أن الماء يشكل غالبية كتلتها الكاملة). الجزيئات البيولوجية هي جزيئات عضوية ، بمعنى أنها تحتوي على الكربون. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحتوي على الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين وعناصر ثانوية إضافية.

التوليف الجفاف

تتكون معظم الجزيئات الكبيرة من وحدات فرعية مفردة ، أو كتل بناء ، تسمى المونومرات. تتحد المونومرات مع بعضها البعض باستخدام روابط تساهمية لتكوين جزيئات أكبر تُعرف بالبوليمرات. عند القيام بذلك ، تطلق المونومرات جزيئات الماء كمنتجات ثانوية. يُعرف هذا النوع من التفاعل باسم تخليق الجفاف ، والذي يعني "تجميعه معًا أثناء فقدان الماء".

في تفاعل تخليق الجفاف (الشكل ( فهرس الصفحة {1} )) ، يتحد هيدروجين أحد المونومر مع مجموعة الهيدروكسيل لمونومر آخر ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء. في الوقت نفسه ، تشترك المونومرات في الإلكترونات وتشكل روابط تساهمية. مع انضمام المونومرات الإضافية ، تشكل هذه السلسلة من المونومرات المتكررة بوليمرًا. يمكن أن تتحد أنواع مختلفة من المونومرات في العديد من التكوينات ، مما يؤدي إلى ظهور مجموعة متنوعة من الجزيئات الكبيرة. حتى نوع واحد من المونومر يمكن أن يتحد بطرق متنوعة لتشكيل عدة بوليمرات مختلفة: على سبيل المثال ، مونومرات الجلوكوز هي مكونات النشا والجليكوجين والسليلوز.

التحلل المائي

تنقسم البوليمرات إلى مونومرات في عملية تُعرف باسم التحلل المائي ، والتي تعني "تقسيم الماء" ، وهو تفاعل يستخدم فيه جزيء الماء أثناء الانهيار (الشكل ( PageIndex {2} )). خلال هذه التفاعلات ، ينقسم البوليمر إلى مكونين: جزء يكتسب ذرة هيدروجين (H +) والآخر يكتسب جزيء هيدروكسيل (OH-) من جزيء ماء منقسم.

يتم تحفيز تفاعلات الجفاف والتحلل المائي أو "تسريعها" بواسطة إنزيمات معينة ؛ تتضمن تفاعلات الجفاف تكوين روابط جديدة تتطلب طاقة ، بينما تكسر تفاعلات التحلل المائي الروابط وتطلق الطاقة. تتشابه هذه التفاعلات مع معظم الجزيئات الكبيرة ، ولكن كل تفاعل مونومر وبوليمر خاص بفئته. على سبيل المثال ، في أجسامنا ، يتم تحلل الطعام أو تكسيره إلى جزيئات أصغر بواسطة الإنزيمات التحفيزية في الجهاز الهضمي. هذا يسمح بسهولة امتصاص العناصر الغذائية من قبل الخلايا في الأمعاء. يتم تقسيم كل جزيء كبير بواسطة إنزيم معين. على سبيل المثال ، يتم تكسير الكربوهيدرات بواسطة الأميليز أو السكراز أو اللاكتاز أو المالتاز. يتم تكسير البروتينات بواسطة إنزيمات البيبسين والببتيداز وحمض الهيدروكلوريك. يتم تكسير الدهون بواسطة الليباز. يوفر انهيار هذه الجزيئات الكبيرة الطاقة للأنشطة الخلوية.

ارتباط بالتعلم

قم بزيارة هذا الموقع لمشاهدة التمثيلات المرئية لتخليق الجفاف والتحلل المائي.

ملخص

البروتينات والكربوهيدرات والأحماض النووية والدهون هي الفئات الأربع الرئيسية للجزيئات الكبيرة البيولوجية - وهي جزيئات كبيرة ضرورية للحياة يتم بناؤها من جزيئات عضوية أصغر. تتكون الجزيئات الكبيرة من وحدات مفردة تعرف باسم المونومرات التي ترتبط بروابط تساهمية لتكوين بوليمرات أكبر. يعتبر البوليمر أكثر من مجموع أجزائه: فهو يكتسب خصائص جديدة ، ويؤدي إلى ضغط تناضحي أقل بكثير من الضغط الناتج عن مكوناته ؛ هذه ميزة مهمة في الحفاظ على الظروف التناضحية الخلوية. ينضم المونومر إلى مونومر آخر مع إطلاق جزيء الماء ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة تساهمية. تُعرف هذه الأنواع من التفاعلات باسم تفاعلات الجفاف أو التكثيف. عندما يتم تقسيم البوليمرات إلى وحدات أصغر (مونومرات) ، يتم استخدام جزيء من الماء لكل رابطة تكسرها هذه التفاعلات ؛ تُعرف هذه التفاعلات باسم تفاعلات التحلل المائي. تتشابه تفاعلات الجفاف والتحلل المائي مع جميع الجزيئات الكبيرة ، ولكن كل تفاعل مونومر وبوليمر خاص بفئته. تتطلب تفاعلات الجفاف عادةً استثمارًا للطاقة من أجل تكوين روابط جديدة ، في حين أن تفاعلات التحلل المائي عادةً ما تطلق الطاقة عن طريق كسر الروابط.

راجع الأسئلة

يؤدي تخليق الجفاف إلى تكوين

  1. مونومرات
  2. البوليمرات
  3. الماء والبوليمرات
  4. لا شيء مما بالأعلى

ج

أثناء تكسير البوليمرات ، أي من التفاعلات التالية يحدث؟

  1. التحلل المائي
  2. تجفيف
  3. تركيز
  4. الرابطة التساهمية

أ

إستجابة مجانية

لماذا الجزيئات البيولوجية تعتبر عضوية؟

الجزيئات البيولوجية هي جزيئات عضوية لأنها تحتوي على الكربون.

ما الدور الذي تلعبه الإلكترونات في تخليق الجفاف والتحلل المائي؟

في تفاعل تخليق الجفاف ، يتحد هيدروجين أحد المونومر مع مجموعة الهيدروكسيل لمونومر آخر ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء. هذا يخلق فتحة في الغلاف الخارجي للذرات في المونومرات ، والتي يمكن أن تشارك الإلكترونات وتشكل روابط تساهمية.

قائمة المصطلحات

الجزيء البيولوجي
جزيء كبير ضروري للحياة مبني من جزيئات عضوية أصغر
التوليف الجفاف
(أيضًا ، التكثيف) تفاعل يربط جزيئات المونومر معًا ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء لكل رابطة متكونة
التحلل المائي
يؤدي التفاعل إلى انهيار الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر باستخدام الماء
أحادي المعدن
أصغر وحدة من الجزيئات الأكبر تسمى البوليمرات
بوليمر
سلسلة من بقايا المونومر المرتبطة بروابط تساهمية ؛ البلمرة هي عملية تكوين البوليمر من المونومرات بالتكثيف

12.1.2: تخليق الجزيئات البيولوجية - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


أربع فئات من الجزيئات البيولوجية الكبيرة

هناك أربع فئات رئيسية من الجزيئات البيولوجية الكبيرة:

يؤدي كل نوع من هذه الجزيئات الكبيرة مجموعة واسعة من الوظائف المهمة داخل الخلية ، ولا يمكن للخلية أداء دورها داخل الجسم بدون العديد من الأنواع المختلفة من هذه الجزيئات المهمة. مجتمعة ، تشكل هذه الجزيئات البيولوجية غالبية الخلية والكتلة الجافة # 8217s. (تشكل جزيئات الماء غالبية الكتلة الكلية للخلية). تقع جميع الجزيئات داخل وخارج الخلايا في بيئة مائية (أي مائية) ، وتحدث جميع تفاعلات الأنظمة البيولوجية في ذلك. نفس البيئة.

تفاعلي: المونمرات والبوليمراتيتم بناء الكربوهيدرات والبروتينات والأحماض النووية من وحدات جزيئية صغيرة متصلة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية قوية. تسمى الوحدات الجزيئية الصغيرة المونومرات (أحادية تعني واحد ، أو مفردة) ، وهي مرتبطة ببعضها البعض في سلاسل طويلة تسمى البوليمرات (بولي يعني العديد ، أو متعدد). يتكون كل نوع مختلف من الجزيئات الكبيرة ، باستثناء الدهون ، من مجموعة مختلفة من المونومرات التي تشبه بعضها البعض في التركيب والحجم. الدهون ليست بوليمرات ، لأنها ليست مصنوعة من مونومرات (وحدات ذات تركيبة مماثلة).

أطباء بيطريون بلا حدود وينظمون محتوى عالي الجودة ومرخصًا بشكل علني من جميع أنحاء الإنترنت. استخدم هذا المورد المعين المصادر التالية:


تخليق بيتا-سبيرو [بيروليدينويندولين] ، ارتباطها بمستقبلات الجليسين ، والنشاط البيولوجي في الجسم الحي

مشاهدات المقالات هي مجموع تنزيلات النصوص الكاملة للمقالات المتوافقة مع COUNTER منذ نوفمبر 2008 (بتنسيق PDF و HTML) عبر جميع المؤسسات والأفراد. يتم تحديث هذه المقاييس بانتظام لتعكس الاستخدام حتى الأيام القليلة الماضية.

الاقتباسات هي عدد المقالات الأخرى المقتبسة من هذه المقالة ، ويتم حسابها بواسطة Crossref ويتم تحديثها يوميًا. العثور على مزيد من المعلومات حول عدد الاقتباسات Crossref.

درجة الانتباه Altmetric هي مقياس كمي للانتباه الذي تلقته مقالة بحثية عبر الإنترنت. سيؤدي النقر فوق أيقونة الكعك إلى تحميل صفحة على altmetric.com تحتوي على تفاصيل إضافية حول النتيجة ووجود وسائل التواصل الاجتماعي للمقالة المحددة. اعثر على مزيد من المعلومات حول "نقاط الانتباه البديلة" وكيفية احتساب النتيجة.

ملحوظة: بدلاً من الملخص ، هذه هي الصفحة الأولى للمقالة.


التحلل المائي

التحلل المائي هو عكس تفاعل الجفاف لأنه ينطوي على كسر الرابطة التساهمية من خلال إضافة جزيء من الماء. يتم تحفيز التحلل المائي بواسطة مجموعة كبيرة من الإنزيمات تسمى hydrolases. من بين الإنزيمات الهاضمة الأكثر شيوعًا الإنزيمات الهاضمة. يبدأ الهضم من الفم ، حيث يقوم الأميليز اللعابي بتفكيك جزيئات النشا. هذا هو السبب في أن المضغ المطول للأطعمة النشوية يؤدي إلى طعم حلو في الفم. يولد عمل الأميليز اللعابي السكريات الأحادية. يتبع ذلك عمل البروتياز في المعدة الذي يبدأ عملية تكسير روابط الببتيد في البروتينات. يستمر الهضم عن طريق إنزيمات تحلل من البنكرياس والأمعاء الدقيقة تعمل على الدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية والبروتينات. كل من هذه hydrolases لها اسم محدد اعتمادا على طبيعة الركيزة. على سبيل المثال ، تعمل الليباز على الدهون والنوكليز في الأحماض النووية. البروتياز الذي يقطع روابط الببتيد من أحد طرفي البروتين يسمى exopeptidase وتلك التي تعمل على الروابط الداخلية تسمى endopeptidases. توجد أيضًا إنزيمات مماثلة للهضم داخل الخلايا داخل الجسيمات الحالة.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك إنزيمات محددة يمكنها عكس التعديلات اللاحقة للترجمة للبروتينات ، مثل الفوسفاتيز. تزيل هذه الإنزيمات مجموعة الفوسفات المرتبطة بالبروتين من خلال تفاعل التحلل المائي. وبالمثل ، تحفز إنزيمات ATPase التحلل المائي لرابطة الفوسفوديستر الطرفي في ATP ، وهي مهمة لإطلاق الطاقة المخزنة في الجزيء. تحتوي العديد من الإنزيمات المشاركة في التحلل المائي على بقايا سيرين في موقعها النشط ، وبالتالي تُعرف باسم هيدروليسات السيرين. وتشمل هذه معظم الإنزيمات الهضمية وتلك التي تشارك في مسارات التمثيل الغذائي الرئيسية داخل الخلية.


منشطات

على عكس الدهون الفوسفورية والدهون التي نوقشت سابقًا ، تحتوي الستيرويدات على هيكل حلقة مدمجة. على الرغم من أنها لا تشبه الدهون الأخرى ، إلا أنها مجمعة معها لأنها أيضًا كارهة للماء وغير قابلة للذوبان في الماء. تحتوي جميع المنشطات على أربع حلقات كربون مرتبطة والعديد منها ، مثل الكوليسترول ، لها ذيل قصير (انظر الصورة أدناه). تحتوي العديد من المنشطات أيضًا على المجموعة الوظيفية –OH ، والتي تضعها في تصنيف الكحول (ستيرولات).

تتكون المنشطات مثل الكوليسترول والكورتيزول من أربع حلقات هيدروكربونية منصهرة. إسناد الصورة: OpenStax Biology

الكوليسترول هو الستيرويد الأكثر شيوعًا. يتم تصنيع الكوليسترول بشكل رئيسي في الكبد. في الواقع ، هو مقدمة للعديد من هرمونات الستيرويد مثل التستوستيرون والإستراديول ، التي تفرزها الغدد الصماء والغدد الصماء. وهو أيضًا مقدمة لفيتامين د. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر الكوليسترول أيضًا مقدمة للأملاح الصفراوية ، التي تساعد في استحلاب الدهون وامتصاصها لاحقًا بواسطة الخلايا.

على الرغم من أن الكوليسترول غالبًا ما يتم التحدث عنه بعبارات سلبية من قبل الأشخاص العاديين ، إلا أنه ضروري لعمل الجسم بشكل سليم. في الواقع ، هو أحد مكونات الغشاء البلازمي للخلايا الحيوانية ويوجد داخل طبقة ثنائية الفوسفوليبيد. نظرًا لأن غشاء البلازما هو الهيكل الأبعد في الخلايا الحيوانية ، فهو مسؤول عن نقل المواد والتعرف الخلوي. كما أنها تشارك في الاتصال من خلية إلى أخرى.


الملخص

تنشط المستقبلات النووية (NRs) المركبة بروابط ناهضة النسخ عن طريق تجنيد مجمعات بروتينية مُنشّطة. من حيث المبدأ ، يجب أن يكون المرء قادرًا على تثبيط نشاط النسخ من NRs عن طريق منع تفاعل مستقبلات − coactivator الحرجة هذه بشكل مباشر ، باستخدام مثبط ارتباط مُنشِط مُصمم بشكل مناسب (CBI). لتوجيه تصميمنا لفئات مختلفة من CBIs ، استخدمنا البنية البلورية لمجال ربط ligand (LBD) المرتبط بمستقبلات هرمون الاستروجين (ER) معقدًا مع ببتيد مُنشط يحتوي على نموذج توقيع LXXLL مرتبط بأخدود كاره للماء على السطح من LBD. مجموعة واحدة من CBIs ، استنادًا إلى نهج التصميم من الخارج إلى الداخل ، لديها نوى مختلفة غير متجانسة (triazenes ، بيريميدين ، trithianes ، cyclohexanes) التي تحاكي مواقع ربط الليوسينات الثلاثة على حلزون الببتيد ، والتي يتم إلحاقها ببدائل تشبه بقايا الليوسين . المجموعة الأخرى ، التي تستند إلى نهج داخلي إلى الخارج ، لها نواة نفثالينية تحاكي أكثر الليوسينات المدفونة بعمق ، مع بدائل تمتد إلى الخارج لتقليد السمات الأخرى للببتيد الحلزوني المساعد. تم تطوير مقايسة التنافس المشترك القائم على تباين الخواص الفلورية لقياس الارتباط المحدد لـ CBIs هذه إلى موقع الأخدود على معقد ER − agonist الذي يتفاعل معه المُنشّطون المتفاعلون مع فحوصات ربط ligand المؤكدة أن تفاعلهم لم يكن مع جيب ربط ligand. كانت أكثر CBI فاعلية هي تلك الموجودة في عائلة بيريميدين ، وأفضل ارتباط بها كأنا قيم كاليفورنيا. 30 ميكرومتر. يبدو أن CBI المستندة إلى trithiane و cyclohexane هي محاكيات هيكلية ضعيفة ، بسبب القيود المطابقة الاستوائية مقابل المحورية ، كما أن CBI المستندة إلى التريازين مقيدة بشكل توافقي من خلال تداخل الرنين البديل للأمين ، وهو ليس هو الحال مع كلما زادت تقارب بيريميدينات ألكيل المستبدلة. يبدو أن CBI المستندة إلى بيريميدين هي أول مثبطات جزيء صغير لربط NR coactivator.

لمن ينبغي أن تعالج المراسلات. هاتف: 217333 6310. فاكس: 217333 7325. بريد إلكتروني: [email & # 160protected]


الملخص

تهدف هذه الدراسة إلى تخليق الرواية المنصهرة spiro-4ح- مشتقات البيران في ظل ظروف خضراء لتطوير عوامل لها نشاط مضاد للميكروبات. تم فحص المركبات المحضرة في البداية من أجل النشاط المضاد للبكتيريا في المختبر ضد سلالتين من البكتيريا موجبة الجرام وثلاث سلالات سالبة الجرام ، وأظهرت جميع المركبات نشاطًا مضادًا للبكتيريا معتدلًا إلى قويًا. ومع ذلك ، مركب 4 لتر أظهرت تثبيطًا كبيرًا تجاه جميع السلالات البكتيرية ، خاصةً ضد العقدية الرئوية و الإشريكية القولونية مع قيم تركيز مثبطة دنيا تبلغ 125 ميكروغرام / مل لكل منهما. دراسات السمية لمركبات مختارة (4 ج, 4 هـ, 4 لتر، و 4 م) أظهر استخدام خلايا الدم الحمراء البشرية وكذلك خلايا الكلى الجنينية البشرية (HEK-293) سلوكًا غير سام عند التركيز المطلوب. دراسات منحنى النمو الحركي والوقت - القتل 4 لتر ضد الرئوية الرئوية و بكتريا قولونية دعمت طبيعتها القاتلة للجراثيم. ومن المثير للاهتمام أنه مركب 4 لتر أظهر تأثيرًا تآزريًا عند استخدامه مع سيبروفلوكساسين ضد سلالات مختارة. أظهر تكوين البيوفيلم في وجود مركب الرصاص ، كما تم تقييمه بواسطة مقايسة XTT ، اضطرابًا كاملاً في البيوفيلم البكتيري المتصور عن طريق المسح المجهري الإلكتروني. بشكل عام ، تشير النتائج 4 لتر ليكون بمثابة قيادة واعدة لمزيد من التطوير كعامل مضاد للجراثيم.


الجزيئات البيولوجية

تسمى الجزيئات الكبيرة الضرورية للحياة والتي يتم بناؤها من جزيئات عضوية أصغر بيولوجية الجزيئات الكبيرة. هناك أربع فئات رئيسية من الجزيئات البيولوجية الضخمة (الكربوهيدرات ، والدهون ، والبروتينات ، والأحماض النووية) ، وكل منها مكون مهم في الخلية ويؤدي مجموعة واسعة من الوظائف. تشكل هذه الجزيئات مجتمعة غالبية كتلة الخلية. الجزيئات البيولوجية هي جزيئات عضوية ، مما يعني أنها تحتوي على الكربون (مع بعض الاستثناءات ، مثل ثاني أكسيد الكربون). بالإضافة إلى ذلك ، قد تحتوي على الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت وعناصر ثانوية إضافية.

كربون

كثيرا ما يقال أن الحياة "قائمة على الكربون". هذا يعني أن ذرات الكربون ، المرتبطة بذرات كربون أخرى أو عناصر أخرى ، تشكل المكونات الأساسية للعديد من ، إن لم يكن معظم ، الجزيئات الموجودة بشكل فريد في الكائنات الحية. تلعب العناصر الأخرى أدوارًا مهمة في الجزيئات البيولوجية ، لكن الكربون مؤهل بالتأكيد كعنصر "أساسي" للجزيئات في الكائنات الحية. إن خصائص الترابط لذرات الكربون هي المسؤولة عن دورها المهم.

ترابط الكربون

يحتوي الكربون على أربعة إلكترونات في غلافه الخارجي. لذلك ، يمكن أن تشكل أربع روابط تساهمية مع ذرات أو جزيئات أخرى. أبسط جزيء كربون عضوي هو الميثان (CH4) ، حيث ترتبط أربع ذرات هيدروجين بذرة كربون ([رابط]).

ومع ذلك ، فإن الهياكل الأكثر تعقيدًا مصنوعة باستخدام الكربون. يمكن استبدال أي من ذرات الهيدروجين بذرة كربون أخرى مرتبطة تساهميًا بأول ذرة كربون. بهذه الطريقة ، يمكن عمل سلاسل طويلة ومتفرعة من مركبات الكربون ([رابط]أ). قد ترتبط ذرات الكربون بذرات عناصر أخرى ، مثل النيتروجين والأكسجين والفوسفور ([رابط]ب). قد تشكل الجزيئات أيضًا حلقات ، يمكن أن ترتبط بحد ذاتها بحلقات أخرى ([رابط]ج). هذا التنوع في الأشكال الجزيئية يفسر تنوع وظائف الجزيئات البيولوجية الكبيرة ويستند إلى درجة كبيرة على قدرة الكربون على تكوين روابط متعددة مع نفسه ومع الذرات الأخرى.

الكربوهيدرات

الكربوهيدرات هي جزيئات كبيرة مألوفة لدى معظم المستهلكين إلى حد ما. لفقدان الوزن ، يلتزم بعض الأفراد بالوجبات الغذائية "منخفضة الكربوهيدرات". على النقيض من ذلك ، غالبًا ما يكون الرياضيون "حمولة الكربوهيدرات" قبل المنافسات المهمة للتأكد من أن لديهم طاقة كافية للمنافسة على مستوى عالٍ. تعتبر الكربوهيدرات ، في الواقع ، جزءًا أساسيًا من نظامنا الغذائي ، فالحبوب والفواكه والخضروات كلها مصادر طبيعية للكربوهيدرات. توفر الكربوهيدرات الطاقة للجسم ، وخاصة من خلال الجلوكوز ، وهو سكر بسيط. للكربوهيدرات أيضًا وظائف مهمة أخرى في الإنسان والحيوان والنبات.

يمكن تمثيل الكربوهيدرات بالصيغة (CH2س)ن، أين ن هو عدد ذرات الكربون في الجزيء. بمعنى آخر ، نسبة الكربون إلى الهيدروجين إلى الأكسجين هي 1: 2: 1 في جزيئات الكربوهيدرات. يتم تصنيف الكربوهيدرات إلى ثلاثة أنواع فرعية: السكريات الأحادية ، والسكريات الثنائية ، والسكريات المتعددة.

السكريات الأحادية (mono- = "one" sacchar- = "sweet") هي سكريات بسيطة ، وأكثرها شيوعًا هو الجلوكوز. في السكريات الأحادية ، يتراوح عدد ذرات الكربون عادةً من ثلاثة إلى ستة. تنتهي معظم أسماء السكريات الأحادية باللاحقة -ose. اعتمادًا على عدد ذرات الكربون في السكر ، يمكن أن تُعرف باسم ثلاثيات (ثلاث ذرات كربون) ، وخماسيات (خمس ذرات كربون) ، و hexoses (ست ذرات كربون).

قد توجد السكريات الأحادية كسلسلة خطية أو كجزيئات على شكل حلقة في المحاليل المائية ، وعادة ما توجد في شكل الحلقة.

الصيغة الكيميائية للجلوكوز هي C6ح12ا6. في معظم الأنواع الحية ، يعتبر الجلوكوز مصدرًا مهمًا للطاقة. أثناء التنفس الخلوي ، يتم إطلاق الطاقة من الجلوكوز ، وتستخدم هذه الطاقة للمساعدة في صنع ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). تصنع النباتات الجلوكوز باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء من خلال عملية التمثيل الضوئي ، ويستخدم الجلوكوز بدوره لتلبية متطلبات الطاقة للنبات. غالبًا ما يتم تخزين الجلوكوز المركب الزائد على هيئة نشا يتم تكسيره بواسطة الكائنات الحية الأخرى التي تتغذى على النباتات.

يعد الجالاكتوز (جزء من اللاكتوز أو سكر الحليب) والفركتوز (الموجود في الفاكهة) من السكريات الأحادية الشائعة الأخرى. على الرغم من أن الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز جميعها لها نفس الصيغة الكيميائية (C6ح12ا6) ، فهي تختلف هيكليًا وكيميائيًا (وتعرف باسم الأيزومرات) بسبب اختلاف ترتيبات الذرات في سلسلة الكربون ([رابط]).

السكريات (di- = "two") يتشكل عندما يخضع اثنان من السكريات الأحادية لتفاعل الجفاف (تفاعل يحدث فيه إزالة جزيء الماء). خلال هذه العملية ، تتحد مجموعة الهيدروكسيل (–OH) لأحد السكريات الأحادية مع ذرة هيدروجين من سكاريد أحادي آخر ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء (H2O) وتشكيل رابطة تساهمية بين الذرات في جزيئي السكر.

تشمل المركبات السكرية الشائعة اللاكتوز والمالتوز والسكروز. اللاكتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من مونومرات الجلوكوز والجلاكتوز. يوجد بشكل طبيعي في الحليب. المالتوز ، أو سكر الشعير ، عبارة عن ثنائي السكاريد يتكون من تفاعل الجفاف بين جزيئين من الجلوكوز. السكاريد الأكثر شيوعًا هو السكروز ، أو سكر المائدة ، والذي يتكون من مونومرات الجلوكوز والفركتوز.

تُعرف سلسلة طويلة من السكريات الأحادية المرتبطة بالروابط التساهمية باسم أ عديد السكاريد (بولي = "كثير"). قد تكون السلسلة متفرعة أو غير متفرعة ، وقد تحتوي على أنواع مختلفة من السكريات الأحادية. قد تكون السكريات عبارة عن جزيئات كبيرة جدًا. النشا والجليكوجين والسليلوز والكيتين أمثلة على السكريات.

نشاء هو الشكل المخزن من السكريات في النباتات ويتكون من أميلوز وأميلوبكتين (كلاهما بوليمرات جلوكوز). النباتات قادرة على تصنيع الجلوكوز ، ويتم تخزين الجلوكوز الزائد كنشا في أجزاء نباتية مختلفة ، بما في ذلك الجذور والبذور. يتم تقسيم النشا الذي تستهلكه الحيوانات إلى جزيئات أصغر ، مثل الجلوكوز. يمكن للخلايا بعد ذلك امتصاص الجلوكوز.

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 ، يتم تكسير الجليكوجين لتحرير الجلوكوز.

السليلوز هي واحدة من البوليمرات الحيوية الطبيعية الأكثر وفرة. تتكون جدران خلايا النباتات في الغالب من السليلوز ، والذي يوفر الدعم الهيكلي للخلية. الخشب والورق في الغالب من السليلوز في الطبيعة. يتكون السليلوز من مونومرات الجلوكوز التي ترتبط بروابط بين ذرات كربون معينة في جزيء الجلوكوز.

يتم قلب كل مونومر جلوكوز آخر في السليلوز وتعبئته بإحكام كسلاسل طويلة ممتدة. وهذا يعطي السليلوز صلابة وقوة شد عالية - وهو أمر مهم جدًا للخلايا النباتية. يسمى السليلوز الذي يمر عبر الجهاز الهضمي بالألياف الغذائية. في حين أن روابط الجلوكوز والجلوكوز في السليلوز لا يمكن تكسيرها بواسطة الإنزيمات الهضمية البشرية ، فإن الحيوانات العاشبة مثل الأبقار والجاموس والخيول قادرة على هضم العشب الغني بالسليلوز واستخدامه كمصدر للغذاء. في هذه الحيوانات ، توجد أنواع معينة من البكتيريا في الكرش (جزء من الجهاز الهضمي للحيوانات العاشبة) وتفرز إنزيم السليلوز. يحتوي الملحق أيضًا على بكتيريا تكسر السليلوز ، مما يعطيها دورًا مهمًا في الجهاز الهضمي للحيوانات المجترة. يمكن أن تحلل السليولوز السليلوز إلى مونومرات جلوكوز يمكن للحيوان استخدامها كمصدر للطاقة.

تؤدي الكربوهيدرات وظائف أخرى في الحيوانات المختلفة. المفصليات ، مثل الحشرات والعناكب وسرطان البحر ، لها هيكل عظمي خارجي ، يسمى الهيكل الخارجي ، والذي يحمي أجزاء الجسم الداخلية. يتكون هذا الهيكل الخارجي من الجزيء البيولوجي الكيتين، وهي كربوهيدرات نيتروجينية. وهي مصنوعة من وحدات مكررة من السكر المعدل المحتوي على النيتروجين.

وهكذا ، من خلال الاختلافات في التركيب الجزيئي ، يمكن للكربوهيدرات أن تخدم الوظائف المختلفة جدًا لتخزين الطاقة (النشا والجليكوجين) والدعم الهيكلي والحماية (السليلوز والكيتين) ([رابط]).

تعتبر السمنة اختصاصي تغذية مسجل مصدر قلق صحي عالميًا ، كما أن العديد من الأمراض ، مثل مرض السكري وأمراض القلب ، أصبحت أكثر انتشارًا بسبب السمنة. هذا هو أحد أسباب طلب أخصائيي التغذية المسجلين بشكل متزايد للحصول على المشورة. يساعد أخصائيو التغذية المسجلين في تخطيط برامج الغذاء والتغذية للأفراد في أماكن مختلفة. غالبًا ما يعملون مع المرضى في مرافق الرعاية الصحية ، ويصممون خطط التغذية للوقاية من الأمراض وعلاجها. على سبيل المثال ، قد يقوم اختصاصيو التغذية بتعليم مريض السكري كيفية التحكم في مستويات السكر في الدم عن طريق تناول الأنواع والكميات الصحيحة من الكربوهيدرات. قد يعمل اختصاصيو التغذية أيضًا في دور رعاية المسنين والمدارس والممارسات الخاصة.

لكي يصبح المرء اختصاصي تغذية مسجلاً ، يحتاج المرء إلى الحصول على درجة البكالوريوس على الأقل في علم التغذية أو التغذية أو تكنولوجيا الغذاء أو أي مجال ذي صلة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب على اختصاصي التغذية المسجلين إكمال برنامج تدريب تحت الإشراف واجتياز اختبار وطني. أولئك الذين يتابعون وظائف في علم التغذية يأخذون دورات في التغذية والكيمياء والكيمياء الحيوية وعلم الأحياء وعلم الأحياء الدقيقة وعلم وظائف الأعضاء البشرية. يجب أن يصبح اختصاصيو التغذية خبراء في كيمياء ووظائف الطعام (البروتينات والكربوهيدرات والدهون).

الدهون

تشتمل الدهون على مجموعة متنوعة من المركبات التي توحدها سمة مشتركة. الدهون هي كارهة للماء ("تخشى الماء") ، أو غير قابلة للذوبان في الماء ، لأنها جزيئات غير قطبية. هذا لأنها هيدروكربونات لا تشتمل إلا على روابط كربون-كربون غير قطبية أو روابط كربون-هيدروجين. تؤدي الدهون وظائف مختلفة في الخلية. تخزن الخلايا الطاقة للاستخدام طويل الأمد في شكل دهون تسمى الدهون. توفر الدهون أيضًا عزلًا عن البيئة للنباتات والحيوانات ([رابط]). على سبيل المثال ، تساعد في الحفاظ على الطيور المائية والثدييات جافة بسبب طبيعتها المقاومة للماء. الدهون هي أيضًا اللبنات الأساسية للعديد من الهرمونات وهي مكون مهم لغشاء البلازما. تشمل الدهون الدهون والزيوت والشموع والفوسفوليبيد والمنشطات.

أ سمين يتكون الجزيء ، مثل الدهون الثلاثية ، من مكونين رئيسيين - الجلسرين والأحماض الدهنية. الجلسرين مركب عضوي به ثلاث ذرات كربون وخمس ذرات هيدروجين وثلاث مجموعات هيدروكسيل (–OH). تحتوي الأحماض الدهنية على سلسلة طويلة من الهيدروكربونات التي ترتبط بها مجموعة كربوكسيل حمضية ، ومن هنا جاء اسم "الأحماض الدهنية". قد يتراوح عدد الكربون في الأحماض الدهنية من 4 إلى 36 وأكثرها شيوعًا هي تلك التي تحتوي على 12-18 ذرة كربون. في جزيء الدهون ، يرتبط حمض دهني بكل من ذرات الأكسجين الثلاث في مجموعات –OH لجزيء الجلسرين برابطة تساهمية ([رابط]).

أثناء تكوين الرابطة التساهمية هذه ، يتم إطلاق ثلاثة جزيئات ماء. قد تكون الأحماض الدهنية الثلاثة في الدهون متشابهة أو غير متشابهة. وتسمى هذه الدهون أيضًا الدهون الثلاثية لأن لديهم ثلاثة أحماض دهنية. بعض الأحماض الدهنية لها أسماء شائعة تحدد أصلها. على سبيل المثال ، حمض البالمتيك ، وهو حمض دهني مشبع ، مشتق من شجرة النخيل. مشتق من حمض الأراكيدك Arachis hypogaea، الاسم العلمي للفول السوداني.

قد تكون الأحماض الدهنية مشبعة أو غير مشبعة. في سلسلة الأحماض الدهنية ، إذا كان هناك روابط مفردة فقط بين الكربون المتجاور في سلسلة الهيدروكربون ، فإن الحمض الدهني يكون مشبعًا. الأحماض الدهنية المشبعة مشبعة بالهيدروجين بعبارة أخرى ، فإن عدد ذرات الهيدروجين المرتبطة بالهيكل الكربوني يتم تعظيمه.

عندما تحتوي سلسلة الهيدروكربون على رابطة مزدوجة ، يكون الحمض الدهني هو أحماض دهنية غير مشبعة.

معظم الدهون غير المشبعة سائلة في درجة حرارة الغرفة وتسمى زيوت. إذا كان هناك رابطة مزدوجة واحدة في الجزيء ، فإنها تُعرف باسم الدهون الأحادية غير المشبعة (على سبيل المثال ، زيت الزيتون) ، وإذا كان هناك أكثر من رابطة مزدوجة واحدة ، فإنها تُعرف باسم الدهون المتعددة غير المشبعة (على سبيل المثال ، زيت الكانولا).

تميل الدهون المشبعة إلى التكتل بإحكام وتكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. تعتبر الدهون الحيوانية المحتوية على حامض دهني وحمض النخيل الموجود في اللحوم ، والدهون المحتوية على حمض الزبد الموجود في الزبدة ، أمثلة على الدهون المشبعة. تخزن الثدييات الدهون في خلايا متخصصة تسمى الخلايا الشحمية ، حيث تشغل كريات الدهون معظم الخلية. في النباتات ، يتم تخزين الدهون أو الزيت في البذور ويستخدم كمصدر للطاقة أثناء التطور الجنيني.

عادة ما تكون الدهون أو الزيوت غير المشبعة من أصل نباتي وتحتوي على أحماض دهنية غير مشبعة. تتسبب الرابطة المزدوجة في حدوث انحناء أو "تشويش" يمنع الأحماض الدهنية من التكتل بإحكام ، مما يبقيها سائلة في درجة حرارة الغرفة. زيت الزيتون وزيت الذرة وزيت الكانولا وزيت كبد الحوت أمثلة على الدهون غير المشبعة. تساعد الدهون غير المشبعة على تحسين مستويات الكوليسترول في الدم ، بينما تساهم الدهون المشبعة في تكوين الترسبات الدهنية في الشرايين ، مما يزيد من خطر الإصابة بنوبة قلبية.

في صناعة الأغذية ، يتم هدرجة الزيوت صناعيًا لجعلها شبه صلبة ، مما يؤدي إلى تقليل التلف وزيادة العمر الافتراضي. ببساطة ، يتم ضخ غاز الهيدروجين عبر الزيوت لتجميدها. أثناء عملية الهدرجة هذه ، تكون الروابط المزدوجة لـ رابطة الدول المستقلة- يمكن تحويل التكوين في سلسلة الهيدروكربون إلى روابط مزدوجة في عبر- المعلومات. هذا يشكل أ عبر-سمين من رابطة الدول المستقلة-سمين. يؤثر اتجاه الروابط المزدوجة على الخواص الكيميائية للدهن ([رابط]).

المارجرين وبعض أنواع زبدة الفول السوداني والسمن أمثلة على المهدرجة صناعياً عبر- الدهون. أظهرت الدراسات الحديثة أن زيادة في عبر- قد تؤدي الدهون في النظام الغذائي للإنسان إلى زيادة مستويات البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL) أو الكوليسترول "الضار" والذي بدوره قد يؤدي إلى ترسب اللويحات في الشرايين مما يؤدي إلى الإصابة بأمراض القلب. ألغت العديد من مطاعم الوجبات السريعة مؤخرًا استخدام عبر-الدهون ، وملصقات الطعام الأمريكية مطلوبة الآن لإدراج عبرمحتوى الدهون.

الأحماض الدهنية الأساسية هي أحماض دهنية مطلوبة ولكن لا يصنعها جسم الإنسان. وبالتالي ، يجب استكمالها من خلال النظام الغذائي. تندرج أحماض أوميغا 3 الدهنية ضمن هذه الفئة وهي واحدة من اثنين فقط من الأحماض الدهنية الأساسية المعروفة للإنسان (الآخر هو أحماض أوميغا 6 الدهنية). إنها نوع من الدهون المتعددة غير المشبعة وتسمى أحماض أوميغا 3 الدهنية لأن الكربون الثالث من نهاية الأحماض الدهنية يشارك في رابطة مزدوجة.

يعتبر السلمون والتراوت والتونة مصادر جيدة لأحماض أوميغا 3 الدهنية. الأحماض الدهنية أوميغا 3 مهمة في وظائف المخ والنمو الطبيعي والتطور. قد تمنع أيضًا أمراض القلب وتقلل من خطر الإصابة بالسرطان.

مثل الكربوهيدرات ، تلقت الدهون الكثير من الدعاية السيئة. صحيح أن الإفراط في تناول الأطعمة المقلية والأطعمة "الدهنية" الأخرى يؤدي إلى زيادة الوزن. ومع ذلك ، فإن الدهون لها وظائف مهمة. تعمل الدهون كمخزن للطاقة على المدى الطويل. كما أنها توفر عزلًا للجسم. لذلك ، يجب استهلاك الدهون غير المشبعة "الصحية" بكميات معتدلة على أساس منتظم.

الفوسفوليبيد هي المكون الرئيسي لغشاء البلازما. مثل الدهون ، فهي تتكون من سلاسل الأحماض الدهنية المرتبطة بالجلسرين أو العمود الفقري المشابه. بدلاً من ثلاثة أحماض دهنية مرتبطة ، هناك نوعان من الأحماض الدهنية والكربون الثالث من العمود الفقري للجليسرول مرتبط بمجموعة الفوسفات. يتم تعديل مجموعة الفوسفات بإضافة كحول.

يحتوي الفسفوليبيد على مناطق كارهة للماء ومحبة للماء. سلاسل الأحماض الدهنية كارهة للماء وتستبعد نفسها من الماء ، في حين أن الفوسفات محبة للماء وتتفاعل مع الماء.

الخلايا محاطة بغشاء يحتوي على طبقة ثنائية من الفوسفوليبيد. تواجه الأحماض الدهنية للفوسفوليبيد الداخل ، بعيدًا عن الماء ، في حين أن مجموعة الفوسفات يمكن أن تواجه البيئة الخارجية أو داخل الخلية ، وكلاهما مائي.

المنشطات والشموع

على عكس الدهون الفسفورية والدهون التي نوقشت سابقًا ، منشطات لها هيكل حلقي. على الرغم من أنها لا تشبه الدهون الأخرى ، إلا أنها مجمعة معها لأنها أيضًا كارهة للماء. تحتوي جميع المنشطات على أربع حلقات كربون مرتبطة والعديد منها ، مثل الكوليسترول ، لها ذيل قصير.

الكوليسترول هو الستيرويد. يتم تصنيع الكوليسترول بشكل رئيسي في الكبد وهو مقدمة للعديد من هرمونات الستيرويد ، مثل التستوستيرون والإستراديول. وهو أيضًا مقدمة لفيتامينات E و K. يعتبر الكوليسترول مقدمة للأملاح الصفراوية التي تساعد في تكسير الدهون وامتصاصها لاحقًا بواسطة الخلايا. على الرغم من الحديث عن الكوليسترول في كثير من الأحيان بعبارات سلبية ، إلا أنه ضروري لعمل الجسم بشكل سليم. إنه مكون رئيسي لأغشية البلازما في الخلايا الحيوانية.

تتكون الشموع من سلسلة هيدروكربونية مع مجموعة كحول (–OH) وحمض دهني. تشمل أمثلة شموع الحيوانات شمع العسل واللانولين. تحتوي النباتات أيضًا على شمع ، مثل الطلاء الموجود على أوراقها ، والذي يساعد على منعها من الجفاف.

للحصول على منظور إضافي للدهون ، استكشف "الجزيئات الحيوية: الدهون" من خلال هذه الرسوم المتحركة التفاعلية.

البروتينات

البروتينات هي واحدة من أكثر الجزيئات العضوية وفرة في الأنظمة الحية ولديها مجموعة متنوعة من الوظائف لجميع الجزيئات الكبيرة. قد تكون البروتينات هيكلية أو تنظيمية أو مقلصة أو واقية قد تعمل في النقل أو التخزين أو الأغشية أو قد تكون سموم أو إنزيمات. قد تحتوي كل خلية في نظام حي على آلاف البروتينات المختلفة ، ولكل منها وظيفة فريدة. تختلف هياكلها ، مثل وظائفها ، بشكل كبير. ومع ذلك ، فهي كلها عبارة عن بوليمرات من الأحماض الأمينية ، مرتبة في تسلسل خطي.

وظائف البروتينات متنوعة للغاية لأن هناك 20 نوعًا مختلفًا من الأحماض الأمينية المميزة كيميائيًا والتي تشكل سلاسل طويلة ، ويمكن أن تكون الأحماض الأمينية بأي ترتيب. على سبيل المثال ، يمكن أن تعمل البروتينات كإنزيمات أو هرمونات. الانزيمات، التي تنتجها الخلايا الحية ، هي محفزات في التفاعلات الكيميائية الحيوية (مثل الهضم) وعادة ما تكون بروتينات. كل إنزيم خاص بالركيزة (المادة المتفاعلة التي ترتبط بالإنزيم) التي يعمل عليها. يمكن أن تعمل الإنزيمات على كسر الروابط الجزيئية أو إعادة ترتيب الروابط أو تكوين روابط جديدة. مثال على الإنزيم هو الأميلاز اللعابي ، الذي يكسر الأميلوز ، وهو أحد مكونات النشا.

الهرمونات هي جزيئات إشارات كيميائية ، عادة ما تكون بروتينات أو منشطات ، تفرزها غدة صماء أو مجموعة من خلايا الغدد الصماء التي تعمل على التحكم في عمليات فسيولوجية معينة أو تنظيمها ، بما في ذلك النمو والتطور والتمثيل الغذائي والتكاثر. على سبيل المثال ، الأنسولين هو هرمون بروتيني يحافظ على مستويات السكر في الدم.

البروتينات لها أشكال مختلفة وأوزان جزيئية مختلفة ، فبعض البروتينات كروية الشكل بينما البعض الآخر ليفي بطبيعته. على سبيل المثال ، الهيموغلوبين هو بروتين كروي ، لكن الكولاجين الموجود في بشرتنا هو بروتين ليفي. شكل البروتين أمر بالغ الأهمية لوظيفته. قد تؤدي التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة والتعرض للمواد الكيميائية إلى تغيرات دائمة في شكل البروتين ، مما يؤدي إلى فقدان الوظيفة أو تمسخ (ستتم مناقشتها بمزيد من التفصيل لاحقًا). تتكون جميع البروتينات من ترتيبات مختلفة لنفس 20 نوعًا من الأحماض الأمينية.

أحماض أمينية هي المونومرات التي تتكون منها البروتينات. يحتوي كل حمض أميني على نفس البنية الأساسية ، والتي تتكون من ذرة كربون مركزية مرتبطة بمجموعة أمينية (–NH2) ، ومجموعة الكربوكسيل (–COOH) ، وذرة الهيدروجين. يحتوي كل حمض أميني أيضًا على ذرة متغيرة أخرى أو مجموعة ذرات مرتبطة بذرة الكربون المركزية المعروفة باسم المجموعة R. المجموعة R هي الاختلاف الوحيد في التركيب بين الأحماض الأمينية العشرين ، وإلا فإن الأحماض الأمينية متطابقة ([رابط]).

تحدد الطبيعة الكيميائية للمجموعة R الطبيعة الكيميائية للحمض الأميني داخل بروتينها (أي ما إذا كان حمضيًا أو أساسيًا أو قطبيًا أو غير قطبي).

يحدد تسلسل وعدد الأحماض الأمينية في النهاية شكل البروتين وحجمه ووظيفته. يرتبط كل حمض أميني بحمض أميني آخر بواسطة رابطة تساهمية ، تُعرف باسم الرابطة الببتيدية ، والتي تتكون من تفاعل الجفاف. تتحد مجموعة الكربوكسيل المكونة من حمض أميني واحد والمجموعة الأمينية للحمض الأميني الثاني ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء ماء. الرابطة الناتجة هي رابطة الببتيد.

تسمى المنتجات التي تكونت عن طريق هذا الارتباط عديد الببتيدات. في حين أن المصطلحين متعدد الببتيد والبروتين يستخدمان أحيانًا بالتبادل ، فإن أ بولي ببتيد هو من الناحية الفنية بوليمر من الأحماض الأمينية ، في حين أن مصطلح البروتين يستخدم لبولي ببتيد أو عديد ببتيدات تتحد معًا ، ولها شكل مميز ، ولها وظيفة فريدة.

الأهمية التطورية للسيتوكروم ج السيتوكروم ج عنصر مهم في الآلية الجزيئية التي تحصد الطاقة من الجلوكوز. نظرًا لأن دور هذا البروتين في إنتاج الطاقة الخلوية أمر بالغ الأهمية ، فقد تغير قليلاً جدًا على مدى ملايين السنين. أظهر تسلسل البروتين أن هناك قدرًا كبيرًا من التشابه في التسلسل بين جزيئات السيتوكروم ج من أنواع مختلفة يمكن تقييم العلاقات التطورية عن طريق قياس أوجه التشابه أو الاختلافات بين متواليات البروتين للأنواع المختلفة.

على سبيل المثال ، قرر العلماء أن السيتوكروم ج البشري يحتوي على 104 من الأحماض الأمينية. لكل جزيء سيتوكروم ج تم تسلسله حتى الآن من كائنات مختلفة ، يظهر 37 من هذه الأحماض الأمينية في نفس الموضع في كل سيتوكروم ج. يشير هذا إلى أن كل هذه الكائنات تنحدر من سلف مشترك. عند مقارنة تسلسل البروتين البشري والشمبانزي ، لم يتم العثور على اختلاف في التسلسل. عندما تمت مقارنة متواليات القرد البشري والقرد الريسي ، تم العثور على فرق واحد في حمض أميني واحد. في المقابل ، تُظهر المقارنات بين الإنسان والخميرة اختلافًا في 44 من الأحماض الأمينية ، مما يشير إلى أن البشر والشمبانزي لديهم سلف مشترك أكثر حداثة من البشر وقرد الريس ، أو البشر والخميرة.

هيكل البروتين

كما تمت مناقشته سابقًا ، فإن شكل البروتين مهم لوظيفته. لفهم كيفية حصول البروتين على شكله النهائي أو تشكيله ، نحتاج إلى فهم المستويات الأربعة لبنية البروتين: الأولية والثانوية والثالثية والرباعية ([الرابط]).

التسلسل الفريد وعدد الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد هو هيكلها الأساسي. يتم تحديد التسلسل الفريد لكل بروتين في النهاية بواسطة الجين الذي يشفر البروتين. قد يؤدي أي تغيير في تسلسل الجينات إلى إضافة حمض أميني مختلف إلى سلسلة البولي ببتيد ، مما يتسبب في تغيير بنية البروتين ووظيفته. في فقر الدم المنجلي ، تحتوي سلسلة الهيموجلوبين على بديل أحادي للأحماض الأمينية ، مما يتسبب في حدوث تغيير في كل من بنية ووظيفة البروتين. أكثر ما يجب مراعاته هو أن جزيء الهيموجلوبين يتكون من سلسلتين ألفا وسلسلتين بيتا يتكون كل منهما من حوالي 150 من الأحماض الأمينية. لذلك يحتوي الجزيء على حوالي 600 حمض أميني. الاختلاف البنيوي بين جزيء الهيموجلوبين الطبيعي وجزيء الخلية المنجلية - الذي يقلل بشكل كبير من متوسط ​​العمر المتوقع لدى الأفراد المصابين - هو حمض أميني واحد من الـ 600.

بسبب هذا التغيير في أحد الأحماض الأمينية في السلسلة ، تتخذ خلايا الدم الحمراء عادة شكلها الهلالي أو على شكل قرص ، والتي تسد الشرايين. هذا يمكن أن يؤدي إلى عدد لا يحصى من المشاكل الصحية الخطيرة ، مثل ضيق التنفس ، والدوخة ، والصداع ، وآلام في البطن لأولئك الذين يعانون من هذا المرض.

تؤدي أنماط الطي الناتجة عن التفاعلات بين أجزاء المجموعة غير R من الأحماض الأمينية إلى ظهور البنية الثانوية للبروتين. الأكثر شيوعًا هي هياكل الألواح المطوية ألفا (α) وبيتا (). كلا الهيكلين مثبتان في الشكل بواسطة روابط هيدروجينية. في حلزون ألفا ، تتشكل الروابط بين كل رابع حمض أميني وتسبب تحريفًا في سلسلة الأحماض الأمينية.

في الصفيحة المطوية β ، تتشكل "الطيات" بواسطة رابطة هيدروجينية بين الذرات على العمود الفقري لسلسلة البولي ببتيد. مجموعات R متصلة بالكربون ، وتمتد فوق وتحت طيات الطية. تتم محاذاة الأجزاء المطوية بالتوازي مع بعضها البعض ، وتتشكل الروابط الهيدروجينية بين نفس أزواج الذرات على كل من الأحماض الأمينية المتوافقة. تم العثور على هياكل صفائح α-helix و β مطوية في العديد من البروتينات الكروية والليفية.

يُعرف الهيكل الفريد ثلاثي الأبعاد لعديد الببتيد ببنيته الثالثة. ينتج هذا الهيكل عن تفاعلات كيميائية بين مختلف الأحماض الأمينية ومناطق البولي ببتيد. في المقام الأول ، تخلق التفاعلات بين مجموعات R بنية معقدة ثلاثية الأبعاد من البروتين. قد تكون هناك روابط أيونية تتكون بين مجموعات R على أحماض أمينية مختلفة ، أو رابطة هيدروجينية تتجاوز تلك المشاركة في البنية الثانوية. 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 الأنواع السابقة من التفاعلات أيضًا باسم التفاعلات الكارهة للماء.

في الطبيعة ، تتكون بعض البروتينات من عدة عديدات ببتيدات ، تُعرف أيضًا بالوحدات الفرعية ، ويشكل تفاعل هذه الوحدات الفرعية البنية الرباعية. تساعد التفاعلات الضعيفة بين الوحدات الفرعية على استقرار الهيكل العام. على سبيل المثال ، الهيموغلوبين عبارة عن مزيج من أربع وحدات فرعية متعددة الببتيد.

لكل بروتين تسلسله وشكله الفريدان المرتبطان ببعضهما البعض من خلال التفاعلات الكيميائية. إذا كان البروتين عرضة لتغيرات في درجة الحرارة ، أو درجة الحموضة ، أو التعرض للمواد الكيميائية ، فقد يتغير هيكل البروتين ، ويفقد شكله فيما يُعرف باسم التمسخ كما تمت مناقشته سابقًا. غالبًا ما يكون التمسخ قابلاً للانعكاس لأنه يتم الحفاظ على الهيكل الأساسي إذا تمت إزالة عامل تغيير الطبيعة ، مما يسمح للبروتين باستئناف وظيفته. في بعض الأحيان يكون التمسخ لا رجوع فيه ، مما يؤدي إلى فقدان الوظيفة. يمكن رؤية أحد الأمثلة على تمسخ البروتين عندما يتم قلي البيض أو غليه. يتم تغيير طبيعة بروتين الألبومين الموجود في بياض البيض السائل عند وضعه في إناء ساخن ، ويتحول من مادة صافية إلى مادة بيضاء غير شفافة. لا يتم تغيير طبيعة جميع البروتينات في درجات حرارة عالية ، على سبيل المثال ، البكتيريا التي تعيش في الينابيع الحارة لديها بروتينات تتكيف لتعمل في درجات الحرارة تلك.

للحصول على منظور إضافي حول البروتينات ، استكشف "الجزيئات الحيوية: البروتينات" من خلال هذه الرسوم المتحركة التفاعلية.

احماض نووية

الأحماض النووية هي الجزيئات الرئيسية في استمرارية الحياة. إنهم يحملون المخطط الجيني للخلية ويحملون تعليمات لعمل الخلية.

النوعان الرئيسيان من احماض نووية نكون حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) و الحمض النووي الريبي (RNA). DNA is the genetic material found in all living organisms, ranging from single-celled bacteria to multicellular mammals.

The other type of nucleic acid, RNA, is mostly involved in protein synthesis. The DNA molecules never leave the nucleus, but instead use an RNA intermediary to communicate with the rest of the cell. Other types of RNA are also involved in protein synthesis and its regulation.

يتكون DNA و RNA من مونومرات معروفة باسم النيوكليوتيدات. The nucleotides combine with each other to form a polynucleotide, DNA or RNA. Each nucleotide is made up of three components: a nitrogenous base, a pentose (five-carbon) sugar, and a phosphate group ([link]). Each nitrogenous base in a nucleotide is attached to a sugar molecule, which is attached to a phosphate group.

DNA Double-Helical Structure

DNA has a double-helical structure ([link]). It is composed of two strands, or polymers, of nucleotides. The strands are formed with bonds between phosphate and sugar groups of adjacent nucleotides. The strands are bonded to each other at their bases with hydrogen bonds, and the strands coil about each other along their length, hence the “double helix” description, which means a double spiral.

The alternating sugar and phosphate groups lie on the outside of each strand, forming the backbone of the DNA. The nitrogenous bases are stacked in the interior, like the steps of a staircase, and these bases pair the pairs are bound to each other by hydrogen bonds. The bases pair in such a way that the distance between the backbones of the two strands is the same all along the molecule.

ملخص القسم

Living things are carbon-based because carbon plays such a prominent role in the chemistry of living things. The four covalent bonding positions of the carbon atom can give rise to a wide diversity of compounds with many functions, accounting for the importance of carbon in living things. Carbohydrates are a group of macromolecules that are a vital energy source for the cell, provide structural support to many organisms, and can be found on the surface of the cell as receptors or for cell recognition. Carbohydrates are classified as monosaccharides, disaccharides, and polysaccharides, depending on the number of monomers in the molecule.

Lipids are a class of macromolecules that are nonpolar and hydrophobic in nature. Major types include fats and oils, waxes, phospholipids, and steroids. Fats and oils are a stored form of energy and can include triglycerides. Fats and oils are usually made up of fatty acids and glycerol.

Proteins are a class of macromolecules that can perform a diverse range of functions for the cell. They help in metabolism by providing structural support and by acting as enzymes, carriers or as hormones. The building blocks of proteins are amino acids. Proteins are organized at four levels: primary, secondary, tertiary, and quaternary. Protein shape and function are intricately linked any change in shape caused by changes in temperature, pH, or chemical exposure may lead to protein denaturation and a loss of function.

Nucleic acids are molecules made up of repeating units of nucleotides that direct cellular activities such as cell division and protein synthesis. يتكون كل نوكليوتيد من سكر بنتوز وقاعدة نيتروجينية ومجموعة فوسفات. هناك نوعان من الأحماض النووية: DNA و RNA.


ELECTROPHORESIS | Theory of Electrophoresis

Ionic composition of the electrophoresis buffer

A charged macromolecule becomes surrounded by an ionic atmosphere of opposite charges because of interactions between ionizable groups on the surface of the charged molecule and ions in the electrophoresis buffer. As a result, both its net charge and its electrophoretic mobility are decreased. This effect is quite pronounced in the electrophoretic separation of proteins, since different proteins have different amino acid side chains which interact to varying degrees with the ions in the solutions used.

In order to minimize these ‘counterion’ effects it is advisable to use an electrophoresis buffer with as low an ionic strength as possible. However in some cases, such as with polypeptides and polynucleotides, electrophoresis has to be carried out in solutions of high ionic strength, otherwise these macromolecules will not be soluble. It therefore becomes necessary to choose a suitable salt concentration.


شاهد الفيديو: شرح مقدمة منهج الاحياء للصف الأول الثانوى الجزيئات البيولوجيه الكبيره تصنيف الجزيئات الترم الاول (كانون الثاني 2022).