الجزيئات الكبيرة: الخصائص والأنواع والوظائف والأمثلة - مادة الاحياء - 2026

و الجزيئات هي عبارة عن جزيئات كبيرة - عموما أكثر من 1،000 الذرات - شكلت من قبل اتحاد estructurares أحادية أو كتل أصغر. في الكائنات الحية ، نجد أربعة أنواع رئيسية من الجزيئات الكبيرة: الأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات والبروتينات. وهناك أيضًا مواد أخرى من أصل اصطناعي ، مثل البلاستيك.

يتكون كل نوع من الجزيئات البيولوجية من مونومر محدد ، وهو: الأحماض النووية بالنيوكليوتيدات ، والكربوهيدرات بالسكريات الأحادية ، والبروتينات بالأحماض الأمينية ، والدهون بواسطة الهيدروكربونات متغيرة الطول.

المصدر: pixabay.com

فيما يتعلق بوظيفتها ، تخزن الكربوهيدرات والدهون الطاقة للخلية لتقوم بتفاعلاتها الكيميائية ، كما أنها تستخدم كمكونات هيكلية.

للبروتينات أيضًا وظائف هيكلية ، بالإضافة إلى كونها جزيئات ذات قدرة تحفيز ونقل. أخيرًا ، تخزن الأحماض النووية المعلومات الجينية وتشارك في تخليق البروتين.

تتبع الجزيئات الضخمة التركيبية نفس بنية الجزيئات البيولوجية: ترتبط العديد من المونومرات معًا لتشكيل بوليمر. ومن الأمثلة على ذلك البولي إيثيلين والنايلون. تستخدم البوليمرات الاصطناعية على نطاق واسع في الصناعة لتصنيع الأقمشة والبلاستيك والعزل وما إلى ذلك.

مميزات

بحجم

كما يوحي الاسم ، فإن إحدى الخصائص المميزة للجزيئات الكبيرة هي حجمها الكبير. تتكون من ما لا يقل عن 1000 ذرة مرتبطة بروابط تساهمية. في هذا النوع من الروابط ، تشترك الذرات المشاركة في الرابطة في إلكترونات المستوى الأخير.

دستور

مصطلح آخر يستخدم للإشارة إلى الجزيئات الكبيرة هو البوليمر ("أجزاء كثيرة") ، والتي تتكون من وحدات متكررة تسمى المونومرات ("جزء واحد"). هذه هي الوحدات الهيكلية للجزيئات الكبيرة ويمكن أن تكون متشابهة أو مختلفة عن بعضها البعض ، حسب الحالة.

يمكننا استخدام تشبيه لعبة الأطفال Lego. تمثل كل قطعة المونومرات ، وعندما نضمها لتشكيل هياكل مختلفة نحصل على البوليمر.

إذا كانت المونومرات متماثلة ، فإن البوليمر هو بوليمر متجانس ؛ وإذا كانت مختلفة ، فستكون من البوليمر المتغاير.

هناك أيضًا تسمية لتعيين البوليمر اعتمادًا على طوله. إذا كان الجزيء مكونًا من عدد قليل من الوحدات الفرعية ، فإنه يسمى أوليغومير. على سبيل المثال ، عندما نريد الإشارة إلى حمض نووي صغير ، فإننا نطلق عليه اسم قليل النوكليوتيد.

بناء

نظرًا للتنوع المذهل للجزيئات الكبيرة ، من الصعب إنشاء هيكل عام. يتكون "الهيكل العظمي" لهذه الجزيئات من المونومرات المقابلة لها (السكريات ، والأحماض الأمينية ، والنيوكليوتيدات ، وما إلى ذلك) ، ويمكن تجميعها بطريقة خطية متفرعة ، أو تتخذ أشكالًا أكثر تعقيدًا.

كما سنرى لاحقًا ، يمكن أن تكون الجزيئات الكبيرة من أصل بيولوجي أو اصطناعي. الأول له عدد لا نهائي من الوظائف في الكائنات الحية ، والأخير يستخدم على نطاق واسع من قبل المجتمع - مثل البلاستيك ، على سبيل المثال.

الجزيئات البيولوجية: الوظائف والبنية والأمثلة

في الكائنات العضوية ، نجد أربعة أنواع أساسية من الجزيئات الكبيرة ، والتي تؤدي عددًا هائلاً من الوظائف ، مما يسمح بتطور الحياة والحفاظ عليها. هذه هي البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية. سوف نصف خصائصها الأكثر صلة أدناه.

بروتين

البروتينات هي جزيئات كبيرة ، وحداتها الهيكلية هي أحماض أمينية. في الطبيعة ، نجد 20 نوعًا من الأحماض الأمينية.

بناء

تتكون هذه المونومرات من ذرة كربون مركزية (تسمى كربون ألفا) مرتبطة بروابط تساهمية إلى أربع مجموعات مختلفة: ذرة هيدروجين ، ومجموعة أمينية (NH ₂) ، ومجموعة كربوكسيل (COOH) ومجموعة R.

تختلف الأنواع العشرون من الأحماض الأمينية عن بعضها البعض فقط في هوية المجموعة R. وتختلف هذه المجموعة من حيث طبيعتها الكيميائية ، حيث إنها قادرة على العثور على الأحماض الأمينية الأساسية والحمضية والمحايدة ذات السلاسل الطويلة والقصيرة والعطرية وغيرها.

يتم تجميع بقايا الأحماض الأمينية معًا بواسطة روابط الببتيد. ستحدد طبيعة الأحماض الأمينية طبيعة وخصائص البروتين الناتج.

يمثل تسلسل الأحماض الأمينية الخطية البنية الأساسية للبروتينات. ثم يتم طيها وتجميعها في أنماط مختلفة ، لتشكيل الهياكل الثانوية والثالثة والرباعية.

وظيفة

تؤدي البروتينات وظائف مختلفة. يعمل بعضها كمحفزات بيولوجية وتسمى بالإنزيمات ؛ بعضها عبارة عن بروتينات هيكلية ، مثل الكيراتين الموجود في الشعر والأظافر وما إلى ذلك ؛ وآخرون يؤدون وظائف النقل ، مثل الهيموجلوبين داخل خلايا الدم الحمراء.

الأحماض النووية: DNA و RNA

النوع الثاني من البوليمر الذي هو جزء من الكائنات الحية هو الأحماض النووية. في هذه الحالة ، الوحدات الهيكلية ليست أحماض أمينية كما في البروتينات ، ولكنها مونومرات تسمى نيوكليوتيدات.

بناء

تتكون النيوكليوتيدات من مجموعة فوسفات وخمسة كربون سكر (المكون المركزي للجزيء) وقاعدة نيتروجينية.

هناك نوعان من النيوكليوتيدات: الريبونوكليوتيدات و الديوكسي ريبونوكليوتيدات ، والتي تختلف من حيث السكر الأساسي. الأولى هي المكونات الهيكلية للحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الريبي ، والأخيرة هي مكونات الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين.

في كلا الجزيئين ، ترتبط النيوكليوتيدات ببعضها البعض عن طريق رابطة فوسفوديستر - أي ما يعادل الرابطة الببتيدية التي تربط البروتينات ببعضها البعض.

المكونات الهيكلية للحمض النووي والحمض النووي الريبي متشابهة وتختلف في بنيتها ، حيث يوجد الحمض النووي الريبي في شكل نطاق واحد والحمض النووي في نطاق مزدوج.

وظيفة

RNA و DNA هما نوعان من الأحماض النووية التي نجدها في الكائنات الحية. الحمض النووي الريبي هو جزيء ديناميكي متعدد الوظائف يظهر في العديد من التركيبات الهيكلية ويشارك في تخليق البروتين وفي تنظيم التعبير الجيني.

الحمض النووي هو الجزيء الضخم المسؤول عن تخزين جميع المعلومات الجينية للكائن الحي ، اللازمة لتطوره. تحتوي جميع خلايانا (باستثناء خلايا الدم الحمراء الناضجة) على مادة وراثية مخزنة في نواتها ، بطريقة مضغوطة ومنظمة للغاية.

الكربوهيدرات

الكربوهيدرات ، والمعروفة أيضًا باسم الكربوهيدرات أو ببساطة السكريات ، هي جزيئات كبيرة تتكون من وحدات بناء تسمى السكريات الأحادية (حرفيا "السكر").

بناء

الصيغة الجزيئية للكربوهيدرات هي (CH ₂ O) _n. يمكن أن تختلف قيمة n من 3 ، بالنسبة لأبسط أنواع السكر ، إلى الآلاف بالنسبة للكربوهيدرات الأكثر تعقيدًا ، حيث تكون متغيرة تمامًا من حيث الطول.

تتمتع هذه المونومرات بالقدرة على البلمرة مع بعضها البعض من خلال تفاعل يتضمن مجموعتين من الهيدروكسيل ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة تساهمية تسمى الرابطة الجليكوسيدية.

تجمع هذه الرابطة مونومرات الكربوهيدرات معًا بنفس الطريقة التي تحمل بها روابط الببتيد وروابط الفوسفوديستر البروتينات والأحماض النووية ، على التوالي.

ومع ذلك ، تحدث روابط الببتيد والفوسفوديستر في مناطق محددة من المونومرات المكونة لها ، بينما يمكن تكوين روابط الجليكوسيد مع أي مجموعة هيدروكسيل.

كما ذكرنا في القسم السابق ، يتم تعيين الجزيئات الكبيرة الصغيرة بالبادئة oligo. في حالة الكربوهيدرات الصغيرة ، يتم استخدام مصطلح السكريات القليلة ، إذا كانا فقط مونومرين مرتبطين ، فهو ثنائي السكاريد ، وإذا كانت أكبر ، فإن السكريات المتعددة.

وظيفة

السكريات هي جزيئات كبيرة أساسية للحياة ، لأنها تؤدي وظائف الطاقة والوظائف الهيكلية. توفر هذه الطاقة الكيميائية اللازمة لدفع عدد كبير من التفاعلات داخل الخلايا وتستخدم "كوقود" للكائنات الحية.

تعمل الكربوهيدرات الأخرى ، مثل الجليكوجين ، على تخزين الطاقة ، بحيث يمكن للخلية الاعتماد عليها عند الضرورة.

لها أيضًا وظائف هيكلية: فهي جزء من جزيئات أخرى ، مثل الأحماض النووية ، وجدران الخلايا لبعض الكائنات الحية ، والهياكل الخارجية للحشرات.

في النباتات وبعض الطلائعيات ، على سبيل المثال ، نجد كربوهيدرات معقدة تسمى السليلوز ، تتكون من وحدات جلوكوز فقط. هذا الجزيء وفير بشكل لا يصدق على الأرض ، لأنه موجود في جدران الخلايا لهذه الكائنات الحية وفي الهياكل الداعمة الأخرى.

الدهون

"الدهن" مصطلح يستخدم ليشمل عددًا كبيرًا من الجزيئات غير القطبية أو الكارهة للماء (مع الرهاب أو النفور من الماء) المكونة من سلاسل الكربون. على عكس الجزيئات الثلاثة المذكورة ، البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات ، لا يوجد مونومر واحد للدهون.

بناء

من وجهة نظر هيكلية ، يمكن للدهن أن يقدم نفسه بطرق متعددة. نظرًا لأنها مصنوعة من الهيدروكربونات (CH) ، فإن الروابط ليست مشحونة جزئيًا ، لذا فهي غير قابلة للذوبان في المذيبات القطبية مثل الماء. ومع ذلك ، يمكن إذابتها في أنواع أخرى من المذيبات غير القطبية مثل البنزين.

يتكون الحمض الدهني من سلاسل الهيدروكربون المذكورة ومجموعة الكربوكسيل (COOH) كمجموعة وظيفية. بشكل عام ، يحتوي الأحماض الدهنية على 12 إلى 20 ذرة كربون.

يمكن أن تكون سلاسل الأحماض الدهنية مشبعة ، عندما يتم ربط جميع الكربونات معًا بواسطة روابط مفردة ، أو غير مشبعة ، عند وجود أكثر من رابطة مزدوجة واحدة داخل الهيكل. إذا كان يحتوي على روابط مزدوجة متعددة ، فهو حمض متعدد غير مشبع.

أنواع الدهون حسب تركيبتها

هناك ثلاثة أنواع من الدهون في الخلية: المنشطات والدهون والفوسفوليبيدات. تتميز المنشطات بهيكل ضخم رباعي الحلقات. الكوليسترول هو الأكثر شهرة وهو مكون مهم للأغشية ، لأنه يتحكم في سيولتها.

تتكون الدهون من ثلاثة أحماض دهنية مرتبطة بجزيء يسمى الجلسرين عبر رابطة استر.

أخيرًا ، تتكون الفسفوليبيدات من جزيء الجلسرين المرتبط بمجموعة الفوسفات وسلسلتين من الأحماض الدهنية أو الأيزوبرينويدات.

وظيفة

مثل الكربوهيدرات ، تعمل الدهون أيضًا كمصدر للطاقة للخلية وكمكونات لبعض الهياكل.

للدهون وظيفة أساسية لجميع الأشكال الحية: فهي مكون أساسي لغشاء البلازما. تشكل هذه الحدود الحاسمة بين الأحياء وغير الأحياء ، وتعمل كحاجز انتقائي يقرر ما يدخل الخلية وما لا يدخل ، وذلك بفضل ممتلكاتهم شبه المنفذة.

بالإضافة إلى الدهون ، تتكون الأغشية أيضًا من بروتينات مختلفة تعمل كناقلات انتقائية.

بعض الهرمونات (مثل الهرمونات الجنسية) ذات طبيعة دهنية وهي ضرورية لنمو الجسم.

المواصلات

في الأنظمة البيولوجية ، يتم نقل الجزيئات الكبيرة بين الأجزاء الداخلية والخارجية للخلايا عن طريق عمليات تسمى endo و exocytosis (تتضمن تكوين الحويصلات) أو عن طريق النقل النشط.

يشمل الالتقام جميع الآليات التي تستخدمها الخلية لتحقيق دخول الجزيئات الكبيرة ويصنف على أنه: البلعمة ، عندما يكون العنصر المراد ابتلاعه جسيمًا صلبًا ؛ كثرة الخلايا ، عندما يدخل السائل خارج الخلية ؛ والبطانة ، بوساطة المستقبلات.

تنتهي معظم الجزيئات التي يتم تناولها بهذه الطريقة في عضية مسؤولة عن الهضم: الجسيم الحال. ينتهي الأمر بالآخرين في البلعمة - التي لها خصائص اندماج مع الجسيمات الحالة وتشكل بنية تسمى البلعمة.

بهذه الطريقة ، ينتهي الأمر بالبطارية الإنزيمية الموجودة في الليزوزوم إلى تدهور الجزيئات الكبيرة التي دخلت في البداية. يتم نقل المونومرات التي تشكلها (السكريات الأحادية والنيوكليوتيدات والأحماض الأمينية) مرة أخرى إلى السيتوبلازم ، حيث يتم استخدامها لتكوين جزيئات ضخمة جديدة.

توجد في جميع أنحاء الأمعاء خلايا لها ناقلات محددة لامتصاص كل جزيء ضخم تم تناوله في النظام الغذائي. على سبيل المثال ، يتم استخدام ناقلات PEP1 و PEP2 للبروتينات و SGLT للجلوكوز.

الجزيئات الاصطناعية

في الجزيئات الكبيرة الاصطناعية ، نجد أيضًا نفس النمط الهيكلي الموصوف للجزيئات الكبيرة ذات الأصل البيولوجي: المونومرات أو الوحدات الفرعية الصغيرة التي ترتبط بواسطة روابط لتشكيل بوليمر.

هناك أنواع مختلفة من البوليمرات الاصطناعية ، أبسطها هو البولي إيثيلين. هذا بلاستيك خامل بالصيغة الكيميائية CH ₂ -CH ₂ (مرتبط برابطة مزدوجة) شائع جدًا في الصناعة ، لأنه رخيص وسهل الإنتاج.

كما يتضح ، فإن هيكل هذا البلاستيك خطي ولا يحتوي على أي تشعب.

البولي يوريثين هو بوليمر آخر يستخدم على نطاق واسع في الصناعة لتصنيع الرغوات والعوازل. سيكون لدينا بالتأكيد إسفنجة من هذه المادة في مطابخنا. يتم الحصول على هذه المادة عن طريق تكثيف قواعد الهيدروكسيل الممزوجة بعناصر تسمى ثنائي أيزوسيانات.

هناك بوليمرات تركيبية أخرى ذات تعقيد أكبر ، مثل النايلون (أو النايلون). من بين خصائصها أنها شديدة المقاومة ومرونة ملحوظة. تستفيد صناعة النسيج من هذه الخصائص لتصنيع الأقمشة والشعيرات والخطوط وما إلى ذلك. كما أنه يستخدم من قبل الأطباء لأداء الغرز.

المراجع

1. بيرج ، جي إم ، سترير ، إل ، وتيموكزكو ، جي إل (2007). الكيمياء الحيوية. أنا عكس.
2. كامبل ، إم كيه ، وفاريل ، سو (2011). الكيمياء الحيوية. طومسون. بروكس / كول.
3. Devlin ، TM (2011). كتاب الكيمياء الحيوية. جون وايلي وأولاده.
4. فريمان ، س. (2017). علم الاحياء. تعليم بيرسون.
5. كولمان ، ج. ، وروم ، كيه إتش (2005). الكيمياء الحيوية: نص وأطلس. عموم أمريكا الطبية Ed.
6. مولدوفينو ، كارولاينا الجنوبية (2005). الانحلال الحراري التحليلي للبوليمرات العضوية الاصطناعية (المجلد 25). إلسفير.
7. مور ، جي تي ، ولانجلي ، آر إتش (2010). الكيمياء الحيوية للدمى. جون وايلي وأولاده.
8. موجيوس ، ف. (2006). ممارسة الكيمياء الحيوية. حركية الإنسان.
9. مولر-إسترل ، و. (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
10. بورتمانز ، جيه آر (2004). مبادئ ممارسة الكيمياء الحيوية. 3 ^{الثالثة} ، طبعة منقحة. كارغر.
11. Voet ، D. ، & Voet ، JG (2006). الكيمياء الحيوية. عموم أمريكا الطبية Ed.