- التركيب الكيميائي للكائن الحي
- - الجزيئات الحيوية المعقدة
- ديوكسي ريبونوكليوتيدات وحمض ديوكسي ريبونوكلييك
- الريبونوكليوتيدات وحمض الريبونوكليك
- الأحماض الأمينية والبروتينات
- السكريات الأحادية والسكريات
- الأحماض الدهنية والدهون
- - ماء
- - أيونات
- المراجع
يعتمد التركيب الكيميائي للكائنات الحية على الجزيئات العضوية وبعض العناصر غير العضوية ، إلى حد ما بنفس النسب والتي تؤدي وظائف مماثلة في كل منها.
تتكون الكائنات الحية من خلايا وتعرض هذه الخلايا درجات مختلفة من التعقيد في تنظيمها. بعضها بسيط نسبيًا ، مثل البكتيريا ، ويتميز البعض الآخر بأنماط تنظيم أكثر تعقيدًا ، مع وجود العديد من العناصر في تنظيمها الداخلي ، كما هو الحال في معظم الخلايا حقيقية النواة.
الصورة من قبل «oblako3011» في www.pixabay.com
تتكون العناصر الهيكلية للمادة الحية من الجزيئات الحيوية والمكونات الرئيسية لمعظم هذه الجزيئات الحيوية ، في حالة البشر ، على سبيل المثال ، الكربون (50٪) ، الأكسجين (20٪) ، الهيدروجين (10٪).) ، نيتروجين (8.5٪) ، كالسيوم (4٪) ، فسفور (2.5٪) (جميع القيم مرتبطة بالوزن الجاف).
تمثل هذه العناصر الستة ما يقرب من 95٪ من التركيب الكلي للمادة العضوية ، أما الـ 5٪ المتبقية فتتوافق مع عناصر أخرى مثل: البوتاسيوم والكبريت والصوديوم والكلور والمغنيسيوم والحديد والمنغنيز واليود.
وتجدر الإشارة إلى أن معظم مكونات الكائنات الحية (أكثر من 60٪ من وزن الجسم) عبارة عن ماء في حالة سائلة ، وهو عنصر أساسي للحياة حيث أن الهياكل والخلايا نفسها مغمورة فيه..
يوفر هذا الوسط السائل للخلايا أهم الشروط الضرورية وفيه تحدث جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية ذات الصلة من أجل البقاء.
التركيب الكيميائي للكائن الحي
- الجزيئات الحيوية المعقدة
تتحد العديد من العناصر الرئيسية التي تدخل في تكوين المادة الحية بنسب مختلفة لتشكيل مجموعات مختلفة من الجزيئات العضوية الصغيرة ، والتي بدورها تعمل كعناصر هيكلية لتكوين جزيئات حيوية أكثر تعقيدًا.
العلاقة بين هذه العناصر الهيكلية والجزيئات الحيوية المعقدة الرئيسية للكائنات هي كما يلي:
- ديوكسي ريبونوكليوتيدات وحمض ديوكسي ريبونوكلييك (DNA)
- الريبونوكليوتيدات والحمض النووي الريبي (RNA)
- الأحماض الأمينية والبروتينات
- السكريات الأحادية والسكريات الأحادية
- الأحماض الدهنية والدهون
ديوكسي ريبونوكليوتيدات وحمض ديوكسي ريبونوكلييك
يحتوي حمض الديوكسي ريبونوكلييك أو الحمض النووي على المعلومات الوراثية لجميع الكائنات الحية ، بدائيات النوى وحقيقيات النوى. يحدد هذا الجزيء الحيوي المهم أيضًا الخصائص الرئيسية للخلية ، سواء من وجهة نظر مورفولوجية أو أيضية أو هيكلية أو تطورية.
يقوم الحمض النووي بتشفير المعلومات اللازمة لتخليق البروتين ، وكذلك تلك المطلوبة لتخليق الحمض النووي الريبي ، وهو جزيء عضوي مهم آخر ضروري لتخليق العديد من العمليات الخلوية والتحكم فيها.
وهو عبارة عن بوليمر يتكون من خيطين من الوحدات الفرعية تسمى النيوكليوتيدات ، وتتكون هياكلها من جزيء ديوكسيريبوز (أحادي السكاريد مع 5 ذرات كربون) ، ومجموعة فوسفات واحدة أو أكثر وقاعدة نيتروجينية مع حلقة أو حلقتين (بيورين أو بيريميدين ، على التوالي).
القواعد النقية للحمض النووي هي الأدينين (A) والجوانين (G) ، في حين أن قواعد البيريميدين هي الثايمين (T) والسيتوزين (C).
خطيًا ، يتم ربط النيوكليوتيدات لنفس حبلا الحمض النووي مع بعضها البعض من خلال روابط الفوسفاتيستر ، والتي تتكون من مجموعات الفوسفات والسكريات التي ترتبط بها تساهميًا.
القواعد الموجودة في أحد الخيوط مكملة لتلك الموجودة في الخيط الآخر عن طريق الروابط الهيدروجينية ، دائمًا بنفس الطريقة: الأدينين مع الثايمين (AT) والجوانين مع السيتوزين (GC).
قواعد نيتروجينية مختلفة في DNA و RNA.
المستخدم المصدر: Sponktranslation: User: Jcfidy
الريبونوكليوتيدات وحمض الريبونوكليك
مثل الحمض النووي ، فإن الحمض النووي الريبي هو جزيء حيوي وهو مسؤول عن عملية ربط الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتينات ، بالإضافة إلى العمليات الأخرى الأكثر تعقيدًا للتنظيم والتحكم في التعبير الجيني.
إنه أيضًا بوليمر حيوي ، لكن النيوكليوتيدات التي تشكله تسمى ريبونوكليوتيدات ، لأن السكاريد الأحادي الذي يصنعها ليس ديوكسيريبوز ، كما هو الحال في الحمض النووي ، ولكنه ريبوز. لديهم أيضًا مجموعة فوسفات واحدة أو أكثر وتختلف قواعدها النيتروجينية عن تلك الموجودة في الحمض النووي في ذلك الجوانين غير موجود ، ولكن اليوراسيل (U).
الأحماض الأمينية والبروتينات
البروتينات هي جزيئات حيوية يمكن أن تصل إلى درجات متفاوتة من التعقيد ومتعددة الاستخدامات بشكل كبير من حيث التركيب والوظيفة. هذه لا تعطي فقط البنية والشكل للخلايا ، ولكن يمكن أن يكون لها أيضًا أنشطة تسمح بالتطور السريع للتفاعلات الكيميائية الحيوية الأساسية (الإنزيمات).
بغض النظر عن نوع البروتين المعني ، فجميعها تتكون من "لبنات بناء" أساسية تسمى الأحماض الأمينية ، وهي جزيئات لها ذرة كربون "غير متماثلة" مرتبطة بمجموعة أمينية (-NH2) ، بمجموعة كربوكسيل (-COOH) ، ذرة هيدروجين (-H) ومجموعة R التي تميزهم.
تمثيل رسومي لهيكل بروتين ريبوسوم (المصدر: جواهر سواميناثان وموظفو MSD في المعهد الأوروبي للمعلومات الحيوية عبر ويكيميديا كومنز)
الأحماض الأمينية الأكثر شيوعًا في الطبيعة هي 20 ويتم تصنيفها وفقًا لهوية المجموعة R ؛ هؤلاء هم:
- الأسباراجين ، الجلوتامين ، التيروزين ، السيرين ، الثريونين (القطبية)
- حمض الأسبارتيك ، وحمض الجلوتاميك ، والأرجينين ، والليسين ، والهيستيدين (تلك المشحونة) و
- جلايسين ، ألانين ، فالين ، ليسين ، آيزولوسين ، تريبتوفان ، برولين ، سيستين ، ميثيونين ، فينيل ألانين (أبولار).
بمجرد ترجمة الحمض النووي إلى جزيء RNA ، يمثل كل ثلاثي نيوكليوتيد رمزًا يخبر الهيكل الذي يصنع البروتينات (الريبوسومات) بنوع الحمض الأميني الذي يجب دمجه في سلسلة الببتيد المتنامية.
يتم إنتاج البولي ببتيدات التي تشكل البروتينات ، بفضل الاتحاد بين أحماضها الأمينية ، والذي يتكون من إنشاء رابطة ببتيدية بين كربون مجموعة الكربوكسيل للحمض الأميني والنيتروجين في المجموعة الأمينية للحمض الأميني المجاور.
السكريات الأحادية والسكريات
الكربوهيدرات هي واحدة من أكثر الجزيئات الحيوية وفرة في الكائنات الحية. أنها تؤدي الوظائف الأساسية مثل العناصر الهيكلية والتغذوية والإشارات ، إلخ. وهي تتكون من معقدات كيميائية من الكربون والهيدروجين والأكسجين بنسب مختلفة.
تعتبر النباتات من أهم منتجي الكربوهيدرات في الكائنات الحية ، وتعتمد معظم الحيوانات عليها في معيشتهم ، حيث أنها تستخرج الطاقة والمياه والكربون منها.
السليلوز ، بوليمر حيوي هيكلي (المصدر: Vicente Neto عبر ويكيميديا كومنز)
الكربوهيدرات الهيكلية للخضروات (السليلوز ، اللجنين ، إلخ) ، وكذلك الكربوهيدرات الاحتياطية للنباتات (النشا) والعديد من الحيوانات (الجليكوجين) ، هي عديد السكريات المعقدة إلى حد ما والتي تتكون من بوليمرات من وحدات السكر البسيطة أو السكريات الأحادية (الجلوكوز بشكل رئيسي).
الأحماض الدهنية والدهون
الدهون هي مركبات غير قابلة للذوبان في الماء تشكل المادة الأساسية للأغشية البيولوجية ، وهي أولية من وجهة نظر وظيفية وتركيبية لجميع الخلايا الحية.
إنها جزيئات أمفيباثيك ، أي جزيئات لها نهايات محبة للماء ونهاية كارهة للماء. وهي مكونة من سلاسل الأحماض الدهنية المرتبطة بهيكل عظمي من الكربون ، وهو الجلسرين عمومًا ، والذي يتم ربط ذرة الكربون الثالثة "الحرة" الخاصة به ببديل معين يعطي كل جزيء هويته.
بعض من أكثر الدهون شيوعًا (المصدر: القائم بالتحميل الأصلي كان Lmaps في ويكيبيديا الإنجليزية. عبر ويكيميديا كومنز)
الأحماض الدهنية عبارة عن هيدروكربونات ، أي أنها تتكون فقط من ذرات الكربون والهيدروجين المرتبطة ببعضها البعض.
إن ارتباط الدهون المتعددة في شكل طبقة ثنائية هو ما يجعل تكوين الغشاء ممكنًا وخصائص مقاومة الماء لهذا الهيكل ، بالإضافة إلى وجود بروتينات متكاملة ومحيطية ، مما يجعل هذا الهيكل شبه منفذ.
- ماء
تصوير خوسيه مانويل سواريز ، عبر ويكيميديا كومنز
يعتبر الماء (H2O) من أهم العناصر الكيميائية للكائنات الحية والخلايا التي تتكون منها. يتكون معظم وزن الحيوانات والنباتات من هذا السائل عديم اللون.
من خلال عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات ، يعتبر الماء المصدر الرئيسي للأكسجين الذي تتنفسه الحيوانات وكذلك لذرات الهيدروجين التي تشكل جزءًا من المركبات العضوية.
يعتبر المذيب العام وخصائصه تجعله مهمًا بشكل خاص لتطوير جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تميز الكائنات الحية تقريبًا.
إذا تم النظر إليها من وجهة نظر خلوية ، يتم تقسيم الماء إلى "مقصورات":
- الفضاء داخل الخلايا ، حيث يتكون العصارة الخلوية بواسطة الماء مع مواد أخرى مختلطة ، وهو سائل يتم فيه تعليق عضيات الخلايا حقيقية النواة.
- الفضاء خارج الخلية ، والذي يتكون من البيئة المحيطة بالخلايا ، إما في نسيج أو في بيئة طبيعية (كائنات وحيدة الخلية).
- أيونات
تم العثور على الكثير من العناصر الكيميائية في الخلايا في شكل الجزيئات الحيوية المذكورة أعلاه والعديد من العناصر الأخرى حذفت من هذا النص. ومع ذلك ، توجد عناصر كيميائية مهمة أخرى في شكل أيونات.
تكون أغشية الخلايا بشكل عام غير منفذة للأيونات الذائبة في البيئة الداخلية أو الخارجية للخلايا ، لذلك يمكن لهذه الأغشية أن تدخل أو تخرج من خلال ناقلات أو قنوات خاصة.
يؤثر التركيز الأيوني للوسط خارج الخلية أو العصارة الخلوية على الخصائص التناضحية والكهربائية للخلايا ، بالإضافة إلى عمليات الإشارات الخلوية المختلفة التي تعتمد عليها.
ومن أهم الأيونات للأنسجة الحيوانية والنباتية الكالسيوم والبوتاسيوم والصوديوم والكلور والمغنيسيوم.
المراجع
- ألبرتس ب ، جونسون أ ، لويس جيه ، وآخرون. البيولوجيا الجزيئية للخلية. الطبعة الرابعة. نيويورك: جارلاند ساينس ؛ 2002. المكونات الكيميائية للخلية. متاح من: ncbi.nlm.nih.gov
- Gladyshev، GP، Kitaeva، DK، & Ovcharenko، EN (1996). لماذا يتكيف التركيب الكيميائي للكائنات الحية مع البيئة؟ مجلة النظم البيولوجية ، 4 (04) ، 555-564.
- موراي ، آر كيه ، جرانر ، دي كيه ، مايز ، بنسلفانيا ، ورودويل ، فولكس فاجن (2014). الكيمياء الحيوية المصورة هاربر. ماكجرو هيل.
- نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.
- بريشر ، جا ، آند بيرتوزي ، سي آر (2005). الكيمياء في الأنظمة الحية. بيولوجيا الطبيعة الكيميائية ، 1 (1) ، 13-21.
- سولومون ، إي بي ، بيرج ، إل آر ، ومارتن ، دي دبليو (2011). علم الأحياء (التاسع إدن). بروكس / كول ، Cengage Learning: USA.