كيمياء الخلية
قد تستغرب إذا علمت أن الخلايا
الحية التي تتكون منها كل أجسام الكائنات الحية على أرضنا التي نعيش عليها . تكاد تتكون
من ستة عناصر معظمها عناصر مألوف ومعروف لديك وهي : الكربون (الفحم) والهيدروجين والأكسجين
والنيتروجين والفسفور والكبريت . يوجد عناصر أخرى غيرها تدخل في تكوين أنواع الخلايا
ولكن هذه العناصر (في حال وجودها مع مكونات الخلايا) تكون بكميات صغيرة جداً جداً .
قد يحق لنا أن نتساءل الآن
، ما دام الكربون مكوناً أساسياً لخلايا أجسامنا وأجسام النباتات كلها وبقية الكائنات
الحية ، فلماذا لا تشاهد الكربون على خلايا جلدك ، تنطلق الغازات كالهيدروجين والنيتروجين
والأوكسجين من أجسامنا بين حين وآخر ؟ والجواب على ذلك أن هذه العناصر اتحدت مع بعضها
وكونت مواد جديدة تسمى المركبات ، ولتقريب الأمر إلى ذهنك أكثر نضرب لمثلين معروفين
لنا جميعاً وهما : الماء وثاني أوكسيد الكربون .
الماء : مركب يتكون من الأوكسيجين
والهيدروجين وهو يختلف في صفاته كثيراً عن كليهما ، فهو سائل وهما غازان في ظروف الجو
العادي ، وهو يستخدم لإطفاء الحرائق ، بينما الأوكسجين هو المادة الأساسية التي بدونها
لا يشتعل أي حريق ، أما الهيدروجين فيشتعل مع انفجار إذا قربت منه عود ثقاب مشتعل
(ابحث بنفسك عن صفات أخرى يختلف فيها الماء عن صفات تكوينه ) .
ثاني أوكسيد الكربون : هذا
المركب الموجود في الهواء والذي يكون المادة الأساسية في طعام النباتات ، وهو يتكون
من الأوكسجين والكربون ، وهو ليس صلباً ولا أسود كالكربون ، بل هو غاز عديم اللون
(وهو في هذا يشبه الأوكسجين) ، ولكن إذا أردنا أن نطفئ حريقاً فنستخدم ثاني أوكسيد
الكربون .
هل تعلم أن مادة دمك الحمراء ( وهي أهم وسائل للحياة ) تتكون من كربون وهيدروجين ونيتروجين وأوكسجين وأن العنصر فيها هو الحديد ، وهل تعلم أن مادة النباتات الخضراء أو (الكلوروفيل ) مركب أخر من نفس العناصر الأربعة ولكن العنصر المركزي فيها هو المغنيسيوم ، والخلاصة أن خلايا وأنسجة وأعضاء وأجهزة الكائنات الحية ليست سوى مزيج من مركبات متنوعة ، درسها العلماء وجمعوها في عدد محدود من الأنواع لعلك سمعت بأسماء البعض منها وهذه الأنواع هي :
1-
البروتينات : وهي المكونات
الأساسية للألياف والأنسجة والدم والكلوروفيل والمادة الوراثية ، التي تجعل الكائن
الحي يشبه أبويه .
2-
السكاكر والنشويات : مثل السكر
والنشاء .
3-
الزيوت والدهون وهي نباتية
أو حيوانية .
4-
الأملاح المعدنية : واسمها يذكرنا بكون العناصر هي
المواد الأساسية في تكوين الأجسام .
عمليات الأيض : مجموعة التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الخلية
ويتم فيها بناء جزيئات كبيرة ومعقدة من جزيئات بسيطة وتحطيم بعض الجزيئات الكبيرة
لاستخلاص الطاقة الكيميائية المختزنة فيها .
عمليات الأيض في الخلية
أولاً : تشمل عمليات الأيض :
1 - عمليات بناء : بناء جزيئات كبيرة ومعقدة من
جزيئات صغيرة مثال البناء الضوئي .2 - عمليات هدم : تحطيم بعض الجزيئات الكبيرة لاستخلاص الطاقة الكيميائية المختزلة فيها مثل تحطيم الغلوكوز إلى ماء وثاني أكسيد الكربون .
رسم
عمليات الأيض ضرورية للتغذية والنمو وإصلاح الأنسجة التالفة وتحويل الطاقة إلى شكل يمكن الإستفادة منه .
ثانياً : الأنزيمات
الأنزيمات : عوامل مساعدة حيوية تتكون من جزيئات بروتينية ضخمة نسبياً تعمل على زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية في الخلية.خصائص الأنزيمات
1 - تعمل على زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية في الخلية ، دون أن يتم استهلاكها .
2 - عدد جزيئات النوع الواحد من الأنزيم في الخلية قليل نسبياً .
3 - على درجة عالية من التخصص بنوع من التفاعلات .
4 - لا تحدث تفاعلات جانبية غير مرغوبة .
5 - اختيارية في تفاعلاتها .
6 - تخفض من طاقة التنشيط اللازمة لبدء التفاعل .
ما أهمية الانزيمات في حياة الخلية ؟
آلية عمل الأنزيم
يعمل الأنزيم على تقليل طاقة التنشيط اللازمة لبدء التفاعل بحيث يحدث عند درجة حرارة الخلية .طاقة تنشيط التفاعل : الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء التفاعل .
كيف يقلل الانزيم طاقة تنشيط التفاعل ؟
يقلل الأنزيم طاقة تنشيط التفاعل بواسطة ارتباطه بالمواد المتفاعلة عند الموقع النشط للإنزيم وهذا الارتباط يقرب بين المواد المتفاعلة ، وتحدث التفاعلات بينها .
فرضيات تفسر آلية عمل الأنزيم
أ) فرضية القفل والمفتاح : كل مادة متفاعلة يجب أن يكون لها شكل خاص يوافق ويتمم الجزء النشط من الأنزيم المتحد معه .
ملاحظة : شكل الأنزيم ثابت . شكل الموقع النشط ثابت .
الموقع النشط : جزء تركيبي صغير من الأنزيم ، يتميز بقدرته على تنشيط التفاعل .
ب) فرضية التلاؤم المستحث : يرتبط الأنزيم بالمادة المتفاعلة ويكوّن موقع نشط يتلائم شكله مع المادة المتفاعلة وقت الارتباط به .
ملاحظة : شكل الأنزيم قد يتغير
شكل الموقع النشط متغير
العوامل المؤثرة في نشاط الأنزيم
يتأثر نشاط الأنزيمات بعوامل عدة منها :1 - درجة الحرارة.
2- الرقم الهيدروجيني.
3- تركيز الأنزيم.
1- درجة الحرارة :
يزداد نشاط الأنزيم بزيادة درجة الحرارة إلى حد معين إذ إن درجة الحرارة تعمل على زيادة حركة الجزيئات وبالتالي زيادة سرعة التفاعل.درجة الحرارة المثلى : هي الدرجة التي يكون عندها النشاط الأنزيمي أعلى ما يمكن .
علل : يهبط النشاط الأنزيمي بعد درجة الحرارة 40 مئوي
إن ارتفاع درجة الحرارة عن 40 مئوي يؤدي إلى حدوث تغيرات كيميائية في تركيب الأنزيم وهذا يؤدي إلى تغيير في شكل الموقع النشط منه وبالتالي فقدانه لقدرته على العمل .
ملاحظة :
معظم الأنزيمات في جسم الإنسان لها درجة حرارة مثلى تتراوح بين 35 – 40 درجة مئوي
لماذا يهبط النشاط الانزيمي هبوطاً حاداً بعد ارتفاع درجة حرارة جسم الكائن الحي عن الدرجة المثلى.
2 - الرقم الهيدروجيني PH :
يتأثر النشاط الأنزيمي بالرقم الهيدروجيني بطريقة مشابهة لتأثير درجة الحرارة ، فلكل أنزيم رقم هيدروجيني يعمل عنده بصورة مثلى.رسم
مثال :
أنزيم الببسين يعمل على رقم هيدروجيني ( PH =ه2 )
أنزيم التربسين يعمل على رقم هيدروجيني ( PH =ه8 )
3 - تركيز الأنزيم :
تزداد سرعة التفاعل بزيادة تركيز الأنزيم ( علاقة طردية ).جزيئات حفظ الطاقة في الخلية :
النيوكليوتيدات : هي مركبات عضوية مهمة ، تشكل الوحدات البنائية للحموض النووية ،
ولبعض النيوكليوتيدات أهمية كبرى في الخلية ، إذ تعمل بوصفها جزيئات لحفظ الطاقة ، ومن أهما مركب ادينوسين ثلاثي الفوسفات ( ATP ).
تركيب جزيء الـ ATP .
- يتألف جزيء( ATP ) من قاعدة نيتروجينية ( أدنين ) وسكر رايبوز وثلاث مجموعات فوسفات.
ملاحظة : تحتوي الروابط بين مجموعات الفسفات على طاقة كيميائية مختزنة بكميات كبيرة ، ويمكن لهذه الطاقة أن تنطلق عند تحطيم إحدى روابط الفوسفات .
- عند تحطيم الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثالثة والثانية تتحرر طاقة مقدارها 7.3 كيلو سعر / مول ، ينتج مركب أدينوسين ثنائي الفوسفات ( ADP ) .
ATP → ADP + Pi + طاقة
عند تحطيم الرابطة بين مجموعة الفوسفات الثانية والأولى ينتج مركب أدينوسين أحادي الفوسفات .
ADP → AMP + Pi + طاقة
ملاحظة : التحولات جميعها منعكسة.
ما مصدر الطاقة المختزنة في جزيئات ATP.
تحصل الكائنات الحية على الطاقة من عمليات الهدم والتي تتضمن أكسدة المواد العضوية في عملية التنفس الخلوي ويتم بناء ATP من الطاقة الناتجة من أكسدة المواد العضوية وبخاصة الغلوكوز ( فسفرة ADP) .https://abhaskom.blogspot.com/
