المركبات العضوية الحيوية

• أوضح دور عنصر الكربون في تكوين أجسام الكائنات الحية.
• أقارن بين تراكيب الأنواع الرئيسة من المركبات العضوية الحيوية وخصائص كل منها.
• أحدد المكونات البروتينية التي تساهم في تحديد فصائل الدم.

الكربون وأنواع المركبات العضوية الحيوية الأربعة

تحتوي أجسام الكائنات الحية جميعها على ذرات عناصر مهمة، منها: الهيدروجين، والكربون، والأكسجين، والنيتروجين، والكالسيوم، والفسفور. ويُعد الكربون العنصر الأساس الذي يدخل في تركيب المركبات العضوية جميعها.

• الروابط: ترتبط ذرات الكربون في المركبات العضوية الحيوية بروابط تساهمية بعضها مع بعض، ومع ذرات العناصر الأخرى.
• أربعة أنواع رئيسة: الكربوهيدرات ⁦Carbohydrates⁩، والبروتينات ⁦Proteins⁩، والليبيدات ⁦Lipids⁩، والحموض النووية ⁦Nucleic Acids⁩.

ما أنواع المركبات العضوية الحيوية الرئيسة في جسم الإنسان؟

السكريات الأحادية: أبسط وحدات الكربوهيدرات

• تحتوي الكربوهيدرات على ذرات كربون وهيدروجين وأكسجين.
• تُصنَّف بحسب عدد الوحدات التي تتألف منها إلى ثلاثة أنواع رئيسة، أنظر الشكل (2).

• n عدد ذرات الكربون في السكر الأحادي، ويتراوح من ثلاث إلى سبع ذرات كربون.
• الصيغة البنائية للسكر الأحادي حلقية، أو سلسلة مفتوحة غير متفرعة.
• وحدات بنائية: يُعد هذا النوع وحدات بنائية لأنواع الكربوهيدرات الأخرى؛ فالغلوكوز مثلًا الوحدة البنائية لعدد من السكريات المتعددة.

يتكوّن السكر الأحادي (الرايبوز) من عشر ذرات هيدروجين، فما عدد ذرات الكربون فيه؟

السكريات الثنائية: وحدتان ترتبطان برابطة غلايكوسيدية

• تفاعل نزع الماء ⁦Dehydration Reaction⁩ ينتج سكر المالتوز، أنظر الشكل (4/أ).
• من الأمثلة أيضًا: السكروز، واللاكتوز، أنظر الشكل (4/ب)، والشكل (4/ج).

أُقارِن بين السُّكَّروز واللاكتوز من حيث السُّكَّريات الأُحادية التي تُكوِّن كُلًّا منهما.

السكريات المتعددة: النشا والغلايكوجين والسليلوز

• لكل نوع من السكريات المتعددة خصائص تميّزه، أنظر الجدول (1).

أقارن الروابط الموجودة بين جزيئات الغلوكوز في السلسلة الواحدة من السليلوز بالروابط الموجودة بين سلاسل الغلوكوز المتوازية في السليلوز.

الحموض الأمينية: لبنات البروتين

• من أمثلتها: مجموعة الهيدروكسيل ⁦(OH)⁩، ومجموعة الكربوكسيل ⁦(COOH)⁩، ومجموعة الأمين ⁦(NH₂)⁩، ومجموعة الفوسفات ⁦(PO₄³⁻)⁩.

• الصيغة العامة للحموض الأمينية تحوي مجموعة الكربوكسيل ⁦(COOH)⁩، ومجموعة الأمين ⁦(NH₂)⁩، وسلسلة جانبية متغيّرة يُرمز إليها بالرمز ⁦R⁩.
• السلسلة الجانبية ⁦R⁩ تختلف من حمض أميني إلى آخر؛ ما يجعل لكل حمض أميني خصائص ينفرد بها عن غيره.

• الغلايسين ⁦Glycine⁩ فيه ذرّة الهيدروجين ⁦H⁩ بدلًا من السلسلة الجانبية، أما بقية الحموض فتحتوي سلاسلها الجانبية على الكربون.
• أمثلة على السلاسل الجانبية: ⁦CH₂SH⁩ و ⁦CH₂OH⁩، أنظر الشكل (6).

• عشرون حمضًا أمينيًا مختلفًا تدخل في تركيب البروتينات، وتختلف البروتينات بعضها عن بعض تبعًا لاختلاف الحموض الأمينية التي تدخل في تركيبها، وعددها، وتسلسلها.
• أحد عشر حمضًا أمينيًا فقط يستطيع جسم الإنسان تصنيعها.

• تُصنَّف الحموض الأمينية وفقًا لخصائص السلاسل الجانبية التي تحويها إلى مجموعتين رئيستين: المُحبّة للماء، والكارهة للماء.

ما الذي يُميِّز حمضًا أمينيًّا من آخر؟

أحدّد السلسلة الجانبية في كل حمض أميني ورد ذكره في الشكل.

وظائف البروتينات والبروتينات السكرية

• للبروتينات وظائف أخرى يبيّنها الشكل (7).

• مُولّدات الضد ⁦Antigens⁩ من أمثلة البروتينات السكرية؛ توجد على سطوح خلايا الجسم.
• في الحالات الطبيعية لا يُسبّب وجودها حدوث استجابة مناعية ضدها في الجسم.
• مُولّدات الضد الغريبة (غير الذاتية) التي تدخل الجسم تُسبّب حدوث استجابة مناعية ضدها.

فصائل الدم: مُولّدات الضد والأجسام المضادة

• مُولّد الضد ⁦(A)⁩ يوجد على سطوح خلايا الدم الحمراء لدى كل شخص فصيلة دمه ⁦(A)⁩ بحسب نظام ⁦ABO⁩.
• توجد أربع فصائل لدم الإنسان وفق هذا النظام: فصيلة الدم ⁦A⁩، وفصيلة الدم ⁦B⁩، وفصيلة الدم ⁦AB⁩، وفصيلة الدم ⁦O⁩.
• تُصنَّف الفصائل بناءً على وجود أحد مولّدي الضد ⁦A⁩، أو ⁦B⁩، أو كليهما، أو عدم وجودهما، أنظر الجدول (2).

• نظام العامل الريزيسي ⁦Rh⁩ يشير إلى وجود مولّد ضد على سطوح خلايا الدم الحمراء يُسمّى مولّد الضد ⁦D⁩، أو عدم وجوده.
• موجب العامل الريزيسي ⁦Rh+⁩: يوجد مولّد الضد ⁦D⁩ على سطوح خلايا الدم الحمراء.
• سالب العامل الريزيسي ⁦Rh-⁩: لا يوجد مولّد الضد ⁦D⁩، ولا يوجد في بلازما دمه أجسام مضادة ⁦(Anti-D)⁩.
• ينتج الشخص ⁦Rh-⁩ أجسامًا مضادة ⁦(Anti-D)⁩ في صورة استجابة مناعية إذا نُقلت إليه خلايا دم حمراء من شخص موجب العامل الريزيسي.

نقل خلايا الدم الحمراء: ماذا يحدث عند عدم التوافق؟

• عند نقل خلايا دم حمراء يُنظر إلى مولّدات الضد على سطوح خلايا المتبرّع ⁦Donor⁩، وإلى الأجسام المضادة في بلازما المستقبل ⁦Recipient⁩.
• مثال: من متبرّع فصيلة دمه ⁦A⁩ إلى مستقبل فصيلة دمه ⁦B⁩؛ الأجسام المضادة ⁦(Anti-A)⁩ في بلازما المستقبل ترتبط بمولّدات الضد ⁦A⁩ على سطوح خلايا المتبرّع، مسبّبةً تحللها.
• أعراض المستقبل: القشعريرة، والحُمّى، وقد يصاب بقصور في وظائف الكُلى، وقد يؤدّي ذلك إلى وفاته.

أذكر الأعراض التي قد تظهر على شخص فصيلة دمه ⁦(A)⁩ عند نقل خلايا دم حمراء إليه من متبرّع فصيلة دمه ⁦(B)⁩.

• الشخص ⁦Rh-⁩ لا يمكنه استقبال خلايا دم حمراء من متبرّع ⁦Rh+⁩؛ ذلك أنَّ جسمه سيُكوِّن أجسامًا مضادةً ⁦(Anti-D)⁩.
• ارتباط ⁦Anti-D⁩: في بلازما المستقبل ترتبط الأجسام المضادة ⁦(Anti-D)⁩ بمولّدات الضد ⁦D⁩ على سطوح خلايا الدم الحمراء في دم المتبرّع، أنظر الشكل (8).

أمثلة: أيّ متبرّع يناسب المصاب؟

وماذا لو احتاج المصاب بلازما الدم بدلًا من خلايا الدم الحمراء؟

يحتاج مريض فصيلة دمه ⁦O-⁩ إلى نقل وحدتين من بلازما الدم. إذا توافرت وحدتا بلازما، إحداهما من متبرّع فصيلة دمه ⁦AB+⁩، والأخرى من متبرّع فصيلة دمه ⁦B+⁩، فهل يُمكن استخدام كلتا الوحدتين لنقل البلازما إليه، أم يُكتفى بإحداهما لعدم مناسبة الأخرى لدمه؟ أبرّر إجابتي.

التركيب الأولي: تسلسل الحموض الأمينية

• أربعة مستويات تركيبية للبروتينات: الأولي ⁦Primary Structure⁩، والثانوي ⁦Secondary Structure⁩، والثلاثي ⁦Tertiary Structure⁩، والرباعي ⁦Quaternary Structure⁩، أنظر الشكل (9).

• ترتبط الحموض الأمينية معًا بروابط تساهمية ببتيدية، ويُنزع جزيء ماء عند تكوين كل رابطة ببتيدية، فتتشكّل سلسلة عديد الببتيد.

• طرفا السلسلة: مجموعة الأمين في بدايتها (تُسمّى الطرف ⁦N)⁩، ومجموعة الكربوكسيل في نهايتها (تُسمّى الطرف ⁦C)⁩، أنظر الشكل (10).

• الهيكل الأساسي: يُمثّل التركيب الأولي الهيكل الأساسي لمستويات البروتين الأخرى، ولا يؤدّي أي وظيفة في صورته الأولية.
• تغيير طفيف في ترتيب ونوع الحموض الأمينية يمكن أن يؤثر على شكل البروتين وقدرته على أداء وظيفته.

لماذا يُحتَمَل أنْ تختلف سلسلتا عديد ببتيد، إحداهما عن الأخرى، بالرغم من تكوُّنهما من الحموض الأمينية نفسها، واحتوائهما على العدد نفسه من هذه الحموض؟

التركيب الثانوي: التفاف السلسلة وروابط هيدروجينية

• تركيبان ثانويان شائعان: حلزون ألفا $\alpha$⁦-Helix⁩، والصفيحة المطوية بيتا $\beta$⁦-Sheet⁩، أنظر الشكل (11/أ).

• الأجزاء المُكوّنة لسلسلة عديد الببتيد تكون بجانب بعضها في شكل مُتعرّج ⁦(zig-zag)⁩؛ ما يتيح لها تكوين الروابط الهيدروجينية في ما بينها.

أحدّد الذرّات التي تتكوّن بينها روابط هيدروجينية في حمضين أمينيين عند التفاف سلسلة عديد الببتيد، وتكوّن تركيب حلزون ألفا.

الثلاثي والرباعي: الطيّ وتعدّد السلاسل

• تثبيت الشكل: تعمل أنواع مختلفة من الروابط، غالبًا بين ذرّات السلاسل الجانبية ⁦R⁩، على تثبيت شكل التركيب الثلاثي، أنظر الشكل (12).
• رابطة هيدروجينية.
• رابطة ثنائي الكبريتيد.
• رابطة أيونية.
• قوى ضعيفة، مثل قوى فاندر فال.

• مثال: بروتين الميوجلوبين الذي يحمل الأكسجين في العضلات، وينتج من طيّ التراكيب الثانوية لحلزون ألفا.
• فقدان التركيب الثلاثي يُفقد البروتين القدرة على أداء وظيفته الحيوية، كما يحدث في الإنزيمات.

• التراكيب الأولي والثانوي والثلاثي يتكوّن كل منها من سلسلة عديد ببتيد واحدة.
• التركيب الرباعي يُثبّت عن طريق روابط مختلفة، شأنه في ذلك شأن التركيب الثلاثي.
• الهيموغلوبين يتألّف من أربع سلاسل ببتيدية؛ اثنتان منها من النوع $\alpha$، واثنتان أخريان من النوع $\beta$، أنظر الشكل (13).
• الكولاجين من البروتينات ذات التركيب الرباعي، إلا أنه يتكوّن من ثلاث سلاسل ببتيدية.

كيف يتكوَّن التركيب الثلاثي للبروتينات؟

ما التراكيب الثانوية التي نتج من طيّها بروتين الميوجلوبين؟

الليبيدات: وظائفها وأنواعها

• عزل الحرارة: تُشكّل الليبيدات طبقة عازلة تحت جلد الإنسان وبعض الحيوانات؛ ما يحول دون فقدان الحرارة من أجسامهم.
• في التركيب: تدخل في تركيب الأغشية البلازمية، والهرمونات الستيرويدية، والفيتامينات الذائبة في الدهون (فيتامين ⁦A⁩، و⁦K⁩، و⁦E⁩، و⁦D⁩).
• مصدر طاقة مُهمّ للكائنات الحيّة.
• تُصنّف الليبيدات إلى أنواع عدّة، منها: الحموض الدهنية، والدهون الثلاثية، والليبيدات المُفسفرة، والستيرويدات.
• صفة مشتركة بين الليبيدات جميعها: عدم امتزاجها بالماء.

أيُّ القواعد النيتروجينية تُعَدُّ من البيورينات؟ وأيُّها تُعَدُّ من البيريميدينات؟

الحمض النووي الرايبوزي منقوص الأكسجين: سُلّم حلزوني مُزدوج

• الحمض النووي الرايبوزي منقوص الأكسجين Deoxyribonucleic Acid ⁨(DNA)⁩.
• يحمل ⁦DNA⁩ الصفات الوراثية للكائنات الحية، والمعلومات الوراثية اللازمة لبناء البروتينات، ويعمل على نقل الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء.
• في عام 1953م توصّل العالمان واتسون ⁦(Watson)⁩ وكريك ⁦(Crick)⁩ إلى بناء نموذج لجزيء ⁦DNA⁩، ونالا جائزة نوبل في الفسيولوجيا والطب.

• مجموعة الفوسفات في النيوكليوتيد تربط جزيء السُّكَّر بالآخر الذي يليه في السلسلة الواحدة من جزيء ⁦DNA⁩.

• ترتبط البيورينات في إحدى السلسلتين بالبيريميدينات المُكمّلة لها في السلسلة المقابلة عن طريق روابط هيدروجينية.

• قاعدة تشارغاف ⁦(Chargaff)⁩: نسبة البيورينات إلى نسبة البيريميدينات في ⁦DNA⁩ ثابتة؛ ذلك أنَّ البيورين دائمًا يرتبط بالبيريميدين المُكمّل له.
• مثال: إذا احتوت سلسلة من ⁦DNA⁩ على (25%) من الأدينين، فإنَّ نسبة الثايمين في السلسلة المقابلة تكون مُساوية لها.

• تختلف نهايتا كل سلسلة من السلسلتين إحداهما عن الأخرى:
• النهاية (5'): تنتهي بها إحدى السلسلتين، وهي مجموعة فوسفات مُرتبطة بذَرَّة الكربون رقم (5) في جزيء السُّكَّر.
• النهاية (3'): تنتهي بها السلسلة الأخرى، وهي مجموعة هيدروكسيل مُرتبطة بذَرَّة الكربون رقم (3) من جزيء السُّكَّر، أنظر الشكل (22).

أصف تركيب جزيء ⁦DNA⁩.

أحدّد على الشكل نهايتي سلسلة ⁦DNA⁩.

مثال: أيّ القطعتين فيها ثايمين أكثر؟

الجين: وحدة المعلومات الوراثية

• الكروموسومات تختلف في ما بينها من حيث عدد الجينات؛ فقد يحمل بعضها آلاف الجينات، وبعضها الآخر أقل من ألف.

الحموض الدهنية: مُشبَعة وغير مُشبَعة

• الحموض الدهنية تدخل في تركيب معظم الليبيدات، ومنها ما يكون حُرًّا.

الدهون الثلاثية والليبيدات المُفسفرة

• خصائصها تعتمد على خصائص الحموض الدهنية المُكوِّنة لها.
• الدهون الثلاثية غير المُشبَعة سائلة معظمها في درجة حرارة الغرفة، مثل معظم الزيوت النباتية.
• الدهون الثلاثية المُشبَعة صُلبة في درجة حرارة الغرفة، وتُسمّى دهونًا، مثل: الزبدة، والسمن الحيواني.

أوضّح السبب الذي يؤدّي إلى إنتاج ثلاثة جزيئات ماء عند تكوّن جزيء دهن ثلاثي.

ما المقصود بالجين؟

الحمض النووي الرايبوزي وأنواعه: كيف يُصنَّع البروتين؟

• يؤدّي الحمض النووي الرايبوزي ⁦Ribonucleic Acid (RNA)⁩ دورًا مهمًّا في عملية تصنيع البروتينات.
• يتكوَّن ⁦RNA⁩ غالبًا من سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات، ولكنَّ بعض الفيروسات تحتوي على ⁦RNA⁩ يتكوَّن من سلسلتين.
• يختلف ⁦RNA⁩ عن ⁦DNA⁩ في أوجه عِدَّة، أنظر الجدول (3).

• الغشاء البلازمي يحتوي على طبقة مُزدَوجة من الليبيدات المُفسفرة التي تترتَّب في صفَّين مُتقابلين.
• الرؤوس القطبية تُقابل الماء، في حين تبتعد عنه الذيول الكارهة له، أنظر الشكل (17).
• المواد الذائبة في الماء لا تمرُّ بسهولة عبر الغشاء؛ لأن الذيول الكارهة للماء تقع وسطه وتُعوق مرورها، ما يُنظِّم حركة المواد بين داخل الخلية وخارجها.

لماذا تتَّجه ذيول الحموض الدهنية إلى الداخل في الغشاء البلازمي؟

أُقارِن بين ⁦DNA⁩ و ⁦RNA⁩ من حيث:

• أ. وظيفة كلٍّ منهما.

• ب. القواعد النيتروجينية الداخلة في تركيب كلٍّ منهما.

• للحمض النووي الرايبوزي أنواع عدّة، يؤدي كلّ منها دورًا مختلفًا في عملية تصنيع البروتين التي تحدث في السيتوسول، وتحديدًا في الرايبوسومات.
• الحمض النووي الرايبوزي الرسول ⁦Messenger RNA (mRNA)⁩
• الحمض النووي الرايبوزي الناقل ⁦Transfer RNA (tRNA)⁩
• الحمض النووي الرايبوزي الرايبوسومي ⁦Ribosomal RNA (rRNA)⁩

الستيرويدات: أربع حلقات ملتحمة

• تختلف الستيرويدات عن بعضها بالمجموعات الكيميائية المرتبطة بهذه الحلقات، أنظر الشكل (18).

• الكولسترول مثال على الستيرويدات؛ يستطيع جسم الإنسان تصنيعه في الكبد، ويُمكن الحصول عليه من مصادر غذائية حيوانية.
• يدخل الكولسترول في تركيب الأغشية البلازمية الحيوانية، والهرمونات الستيرويدية، مثل الألدوستيرون الذي يؤدّي دورًا في تنظيم عمل الوحدة الأنبوبية الكلوية.
• المستويات العالية منه في الدم قد تكون لها صلة بأمراض القلب والأوعية الدموية.

أُوضِّح الفرق بين الدهون الثلاثية والستيرويدات من حيث التركيب.

الحموض النووية: لبنات المادة الوراثية

• المادة الوراثية في خلايا الكائنات الحية تُحدِّد صفاتها، وتتكوّن من نوعين من الحموض النووية: ⁦DNA⁩، و⁦RNA⁩.

ما أنواع ⁦RNA⁩؟