الجزيئات الحيوية العضوية: الخصائص والوظائف والأمثلة - مادة الاحياء - 2026

و الجزيئات الحيوية العضوية وجدت في جميع الكائنات الحية وتتميز بنية تقوم على ذرة كربون. إذا قارناها بجزيئات غير عضوية ، فإن الجزيئات العضوية تكون أكثر تعقيدًا من حيث هيكلها. بالإضافة إلى ذلك ، فهي أكثر تنوعًا.

يتم تصنيفها إلى بروتينات وكربوهيدرات ودهون وأحماض نووية. وظائفها متنوعة للغاية. تشارك البروتينات كعناصر هيكلية ووظيفية وحفازة. الكربوهيدرات لها أيضًا وظائف هيكلية وهي المصدر الرئيسي للطاقة للكائنات العضوية.

المصدر: pixabay.com

الدهون هي مكونات مهمة للأغشية البيولوجية والمواد الأخرى ، مثل الهرمونات. كما أنها تعمل كعناصر لتخزين الطاقة. أخيرًا ، تحتوي الأحماض النووية - DNA و RNA - على جميع المعلومات اللازمة لتنمية الكائنات الحية والحفاظ عليها.

الخصائص العامة

واحدة من أهم خصائص الجزيئات الحيوية العضوية هي تعدد استخداماتها عندما يتعلق الأمر بتكوين الهياكل. يرجع هذا التنوع الهائل للمتغيرات العضوية التي يمكن أن توجد إلى الوضع المميز الذي توفره ذرة الكربون في منتصف الفترة الثانية.

تحتوي ذرة الكربون على أربعة إلكترونات في آخر مستوى للطاقة. بفضل قدرتها الكهربية المتوسطة ، فهي قادرة على تكوين روابط مع ذرات كربون أخرى ، وتشكيل سلاسل مختلفة الشكل والطول ، مفتوحة أو مغلقة ، بداخلها روابط مفردة أو مزدوجة أو ثلاثية.

وبنفس الطريقة ، فإن متوسط ​​القدرة الكهربية لذرة الكربون يسمح لها بتكوين روابط مع ذرات أخرى مختلفة عن الكربون ، مثل الموجات الكهربية (الهيدروجين) أو الكهربية (الأكسجين والنيتروجين والكبريت وغيرها).

تسمح خاصية السندات هذه بإنشاء تصنيف للكربون في المرحلة الأولية أو الثانوية أو الثالثة أو الرباعية ، اعتمادًا على عدد الكربون المرتبط بها. نظام التصنيف هذا مستقل عن عدد التكافؤات المتضمنة في الارتباط.

التصنيف والوظائف

تصنف الجزيئات العضوية إلى أربع مجموعات كبيرة: البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية. سنصفها بالتفصيل أدناه:

- البروتينات

البروتينات هي مجموعة الجزيئات العضوية الأفضل تحديدًا وتميزًا من قبل علماء الأحياء. ترجع هذه المعرفة الواسعة أساسًا إلى السهولة الجوهرية الموجودة ليتم عزلها وتمييزها - مقارنةً ببقية الجزيئات العضوية الثلاثة.

تلعب البروتينات عددًا من الأدوار البيولوجية الواسعة للغاية. يمكن أن تكون بمثابة جزيئات حاملة وتركيبية وحتى محفزة. تتكون هذه المجموعة الأخيرة من الإنزيمات.

اللبنات الأساسية: الأحماض الأمينية

اللبنات الأساسية للبروتينات هي الأحماض الأمينية. في الطبيعة ، نجد 20 نوعًا من الأحماض الأمينية ، لكل منها خصائصه الفيزيائية والكيميائية المحددة جيدًا.

تصنف هذه الجزيئات على أنها أحماض ألفا أمينية ، لأنها تحتوي على مجموعة أمينية أولية ومجموعة حمض الكربوكسيل كبديل في نفس ذرة الكربون. الاستثناء الوحيد لهذه القاعدة هو برولين الأحماض الأمينية ، والذي يصنف على أنه حمض ألفا إيمينو بسبب وجود مجموعة أمينية ثانوية.

لتكوين البروتينات ، يجب أن تتبلمر هذه "اللبنات الأساسية" ، وتقوم بذلك عن طريق تكوين رابطة pبتيدية. يتضمن تكوين سلسلة البروتين إزالة جزيء ماء واحد لكل رابطة ببتيدية. يتم تمثيل هذه السندات على أنها CO-NH.

بالإضافة إلى كونها جزءًا من البروتينات ، تعتبر بعض الأحماض الأمينية مستقلبات للطاقة والعديد منها عناصر غذائية أساسية.

خصائص الأحماض الأمينية

كل حمض أميني له كتلته ومظهره المتوسط ​​في البروتينات. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي كل منها على قيمة pK لحمض ألفا كربوكسيلي ، ألفا أمينو ومجموعات المجموعات الجانبية.

قيم pK لمجموعات حمض الكربوكسيل حوالي 2.2 ؛ بينما تقدم مجموعات alpha-amino قيم pK قريبة من 9.4. تؤدي هذه الخاصية إلى خاصية هيكلية نموذجية للأحماض الأمينية: عند درجة الحموضة الفسيولوجية ، تكون كلا المجموعتين في شكل أيوني.

عندما يحمل الجزيء مجموعات مشحونة من القطبين المعاكسين يطلق عليهم zwitterions أو zwitterions. لذلك ، يمكن أن يعمل الحمض الأميني كحمض أو كقاعدة.

تحتوي معظم الأحماض الأمينية ألفا على نقاط انصهار قريبة من 300 درجة مئوية. تذوب بسهولة في البيئات القطبية ، مقارنة بقابليتها للذوبان في المذيبات غير القطبية. معظمها قابل للذوبان في الماء.

هيكل البروتينات

من أجل تحديد وظيفة بروتين معين ، من الضروري تحديد هيكله ، أي العلاقة ثلاثية الأبعاد الموجودة بين الذرات التي يتكون منها البروتين المعني. بالنسبة للبروتينات ، تم تحديد أربعة مستويات لتنظيم بنيتها:

الهيكل الأساسي: يشير إلى تسلسل الأحماض الأمينية التي يتكون منها البروتين ، باستثناء أي شكل قد تأخذه سلاسله الجانبية.

الهيكل الثانوي: يتكون من الترتيب المكاني المحلي للذرات الهيكلية. مرة أخرى ، لا يؤخذ شكل السلاسل الجانبية في الاعتبار.

الهيكل الثلاثي: يشير إلى الهيكل ثلاثي الأبعاد للبروتين بأكمله. على الرغم من أنه قد يكون من الصعب إنشاء تقسيم واضح بين الهيكل الثالث والهيكل الثانوي ، إلا أن المطابقات المحددة (مثل وجود اللوالب والألواح المطوية والالتواءات) تُستخدم لتعيين الهياكل الثانوية حصريًا.

الهيكل الرباعي: ينطبق على تلك البروتينات التي تتكون من عدة وحدات فرعية. أي ، من خلال سلسلتين أو أكثر من سلاسل البولي ببتيد الفردية. يمكن أن تتفاعل هذه الوحدات من خلال القوى التساهمية ، أو من خلال روابط ثاني كبريتيد. يحدد الترتيب المكاني للوحدات الفرعية الهيكل الرباعي.

- الكربوهيدرات

الكربوهيدرات أو الكربوهيدرات أو السكريات (من الجذور اليونانية sakcharón ، والتي تعني السكر) هي أكثر فئات الجزيئات العضوية وفرة على كوكب الأرض بأكمله.

يمكن الاستدلال على تركيبتها من اسمها "كربوهيدرات" ، لأنها جزيئات لها الصيغة (CH ₂ O) _n ، حيث يكون n أكبر من 3.

تتنوع وظائف الكربوهيدرات. أحد أهمها هو النوع الهيكلي ، خاصة في النباتات. في المملكة النباتية ، يعتبر السليلوز مادته الهيكلية الرئيسية ، والتي تمثل 80٪ من وزن الجسم الجاف.

وظيفة أخرى ذات صلة هي دورها النشط. تمثل السكريات المتعددة ، مثل النشا والجليكوجين ، مصادر مهمة للمخازن الغذائية.

تصنيف

الوحدات الأساسية للكربوهيدرات هي السكريات الأحادية أو السكريات البسيطة. هذه مشتقة من سلسلة الألدهيدات المستقيمة أو الكيتونات والكحولات متعددة الهيدروكسيل.

يتم تصنيفهم وفقًا للطبيعة الكيميائية لمجموعة الكاربونيل الخاصة بهم إلى ألدوز وكيتوز. يتم تصنيفها أيضًا بناءً على عدد الكربون.

تتجمع السكريات الأحادية معًا لتكوين سكريات قليلة التعدد ، والتي توجد بشكل متكرر مع أنواع أخرى من الجزيئات العضوية مثل البروتينات والدهون. يتم تصنيفها على أنها عديدات السكاريد المتجانسة أو عديدات السكاريد غير المتجانسة ، اعتمادًا على ما إذا كانت تتكون من نفس السكريات الأحادية (الحالة الأولى) أو مختلفة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصنيفها أيضًا وفقًا لطبيعة السكاريد الأحادي الذي يتكون منها. تسمى بوليمرات الجلوكوز جلوكان ، وتسمى تلك المصنوعة من الجالاكتوز بالجالاكتان ، وهكذا.

تتميز السكريات المتعددة بخصوصية تكوين سلاسل مستقيمة ومتفرعة ، حيث يمكن تكوين روابط جليكوسيدية مع أي من مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في السكاريد الأحادي.

عندما يرتبط عدد أكبر من وحدات السكاريد الأحادي ، فإننا نتحدث عن السكريات المتعددة.

- الدهون

الدهون (من اليونانية lipos ، والتي تعني الدهون) هي جزيئات عضوية غير قابلة للذوبان في الماء وقابلة للذوبان في المذيبات غير العضوية ، مثل الكلوروفورم. تشكل الدهون والزيوت والفيتامينات والهرمونات والأغشية البيولوجية.

تصنيف

الأحماض الدهنية: هي أحماض كربوكسيلية ذات سلاسل مكونة من هيدروكربونات ذات أطوال كبيرة. من الناحية الفسيولوجية ، من النادر العثور عليها مجانًا ، لأنها في معظم الحالات تكون مؤسترة.

غالبًا ما نجدها في الحيوانات والنباتات في شكلها غير المشبع (تشكيل روابط مزدوجة بين ذرات الكربون) ، ومتعددة غير مشبعة (مع اثنين أو أكثر من الروابط المزدوجة).

Triacylglycerols: تسمى أيضًا الدهون الثلاثية أو الدهون المحايدة ، وتشكل غالبية الدهون والزيوت الموجودة في الحيوانات والنباتات. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تخزين الطاقة في الحيوانات. هذه لها خلايا متخصصة للتخزين.

يتم تصنيفها حسب هوية وموضع بقايا الأحماض الدهنية. بشكل عام ، تكون الزيوت النباتية سائلة في درجة حرارة الغرفة وتكون أكثر ثراءً في بقايا الأحماض الدهنية مع الروابط المزدوجة والثلاثية بين الكربونات.

في المقابل ، تكون الدهون الحيوانية صلبة في درجة حرارة الغرفة وعدد الكربونات غير المشبعة منخفض.

Glycerophospholipids: المعروف أيضًا باسم phosphoglycerides ، وهي المكونات الرئيسية للأغشية الدهنية.

الجلسيروفوسفوليبيدات لها "ذيل" بخصائص غير قطبية أو كارهة للماء ، ورأس قطبي أو محب للماء. يتم تجميع هذه الهياكل في طبقة ثنائية ، مع ذيول تشير إلى الداخل ، لتشكيل الأغشية. في هذه ، يتم تضمين سلسلة من البروتينات.

الشحميات السفينغولية: هي دهون توجد بكميات قليلة جدًا. وهي أيضًا جزء من الأغشية ومشتقة من السفينغوزين وثنائي هيدرو سفينغوزين ومثيلاتها.

الكوليسترول: في الحيوانات هو المكون السائد للأغشية ، الذي يعدل خصائصها ، مثل السيولة. كما أنه يقع في أغشية عضيات الخلية. إنه مقدمة مهمة لهرمونات الستيرويد المتعلقة بالنمو الجنسي.

-احماض نووية

الأحماض النووية هي الحمض النووي وأنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي الموجودة. الحمض النووي مسؤول عن تخزين جميع المعلومات الجينية ، مما يسمح بتنمية الكائنات الحية ونموها والحفاظ عليها.

RNA ، من جانبه ، يشارك في مرور المعلومات الجينية المشفرة في DNA إلى جزيئات البروتين. يتم تمييز ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي تقليديًا: الرسول ، والنقل ، والريبوزوم. ومع ذلك ، هناك عدد من RNAs الصغيرة التي تمتلك وظائف تنظيمية.

اللبنات الأساسية: النيوكليوتيدات

اللبنات الأساسية للأحماض النووية ، DNA و RNA ، هي نيوكليوتيدات. كيميائياً ، هي استرات فوسفاتية من البنتوز ، حيث ترتبط قاعدة نيتروجينية بالكربون الأول. يمكننا التمييز بين الريبونوكليوتيدات و deoxyribonucleotides.

هذه الجزيئات مسطحة وعطرية وغير متجانسة. عندما تكون مجموعة الفوسفات غائبة ، يتم إعادة تسمية النيوكليوتيد بالنيوكليوسيد.

بالإضافة إلى دورها كمونومرات في الأحماض النووية ، فإن هذه الجزيئات موجودة في كل مكان بيولوجيًا وتشارك في عدد كبير من العمليات.

Nucleoside triphosphates هي منتجات غنية بالطاقة ، مثل ATP وتستخدم كعملة طاقة للتفاعلات الخلوية. إنها مكون مهم من الإنزيمات المساعدة NAD ⁺ و NADP ⁺ و FMN و FAD و coenzyme A. أخيرًا ، فهي عناصر تنظيمية لمسارات التمثيل الغذائي المختلفة.

أمثلة

هناك أمثلة لا حصر لها من الجزيئات العضوية. سيتم مناقشة أبرز ودراسة علماء الكيمياء الحيوية أدناه:

الهيموجلوبين

يعد الهيموجلوبين ، الصبغة الحمراء في الدم ، أحد الأمثلة الكلاسيكية للبروتينات. بفضل انتشاره الواسع وعزله السهل ، فقد تم دراسته منذ العصور القديمة.

إنه بروتين مكون من أربع وحدات فرعية ، وهذا هو السبب في أنه يندرج تحت التصنيف الرباعي ، مع وحدتين ألفا ووحدتين بيتا. ترتبط وحدات الهيموغلوبين الفرعية ببروتين صغير مسؤول عن امتصاص الأكسجين في العضلات: الميوغلوبين.

مجموعة الهيم مشتق من البورفيرين. يميز هذا الهيموجلوبين وهو نفس المجموعة الموجودة في السيتوكرومات. مجموعة الهيم مسؤولة عن اللون الأحمر المميز للدم وهي المنطقة الفيزيائية التي يرتبط فيها كل مونومر غلوبين بالأكسجين.

تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا البروتين في نقل الأكسجين من العضو المسؤول عن تبادل الغازات - نسميها الرئتين أو الخياشيم أو الجلد - إلى الشعيرات الدموية ، لاستخدامها في التنفس.

السليلوز

السليلوز عبارة عن بوليمر خطي مكون من وحدات فرعية D-glucose ، مرتبطة بروابط بيتا 1.4. مثل معظم السكريات ، ليس لديهم حجم أقصى محدود. ومع ذلك ، في المتوسط ​​لديهم حوالي 15000 بقايا جلوكوز.

إنه مكون جدران الخلايا للنباتات. بفضل السليلوز ، فهي صلبة وتسمح بمقاومة الضغط الأسموزي. وبالمثل ، في النباتات الكبيرة ، مثل الأشجار ، يوفر السليلوز الدعم والاستقرار.

على الرغم من أنه يرتبط في الغالب بالخضروات ، إلا أن بعض الحيوانات التي تسمى tunicates تحتوي على السليلوز في بنيتها.

تشير التقديرات إلى أن ما معدله 10 ¹⁵ كيلوغرامًا من السليلوز يتم تصنيعها - وتدهورها - سنويًا.

الأغشية البيولوجية

تتكون الأغشية البيولوجية بشكل أساسي من جزيئين حيويين هما الدهون والبروتينات. يكون التشكل المكاني للدهون في شكل طبقة ثنائية ، مع ذيول كارهة للماء تشير إلى الداخل ، والرؤوس المحبة للماء تشير إلى الخارج.

الغشاء عبارة عن كيان ديناميكي وتتعرض مكوناته لحركات متكررة.

المراجع

1. Aracil، CB، Rodríguez، MP، Magraner، JP، & Pérez، RS (2011). أساسيات الكيمياء الحيوية. جامعة فالنسيا.
2. باتانير أرياس ، إي. (2014). خلاصة وافية للأنزيمات. إصدارات جامعة سالامانكا.
3. بيرج ، جي إم ، سترير ، إل ، وتيموكزكو ، جي إل (2007). الكيمياء الحيوية. أنا عكس.
4. ديفلين ، TM (2004). الكيمياء الحيوية: كتاب مدرسي مع التطبيقات السريرية. أنا عكس.
5. دياز ، أ.ب. ، وبينا ، أ. (1988). الكيمياء الحيوية. التحرير ليموزا.
6. Macarulla ، JM ، & Goñi ، FM (1994). الكيمياء الحيوية البشرية: دورة أساسية. أنا عكس.
7. مولر - إسترل ، و. (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
8. تيخون ، جي إم (2006). أساسيات الكيمياء الحيوية الإنشائية. افتتاحية Tébar.