الكيمياء الحيويةهى أحد فروع العلوم الطبيعية التى تختص بدراسة كل ما هو متعلق بحياة الكائنات الحية سواء كانت كائنات دقيقة (بكتيريا ، فطريات ، طحالب ) او راقية كالانسان و الحيوان و النبات من الناحية الكيميائية .
و يوصف علم الكيمياء الحيوية احيانا بانه علم كيمياء الحياة وذلك نظرا لارتباط الكيمياء الحيوية بالحياة فقد ركز العلماء في هذا المجال على البحث في كيمياء الكائنات الحية على اختلاف انواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات و مناطق تواجدها و وظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التى تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق ، أو من حيث الهدم و انتاج الطاقة .
ونظرا لتشعب فروع علم الكيمياء الحيوية فانه تم تقسيمها إلى ثلاثة اتجاهات رئيسية وهى:
1-دراسة التركيب الكيميائى لمكونات الخلايا من حيث النوع و الكم ، و سمى هذا المجال بالكيمياء الحيوية التركيبية .
2-دراسة فسيولوجية مكونات الخلايا الحية و التحولات الغذائية و انتاج الطاقة ، و سمى هذا المجال بالكيمياء الحيوية الفسيولوجية و الحركية.
3-دراسة وظيفة المركبات الحيوية داخل الخلايا و العلاقة بينها و بين وظائف الاعضاء و الانسجة ، و سمى هذا المجال بالكيمياء الحيوية الوظيفية .
تتكون الكيمياء الحيوية عامة من المواضيع الاتية:-
1-الكربوهيدرات. 2-الاحماض الامينية و البروتينات . 3-الاحماض النووية. 4-الانزيمات. 5-الليبيدات . 6-التمثيل الغذائى . 7-الهرمونات. 8-الفيتامينات.
يَدْرسُ المتخصصون في الكيمياء الحيويةُ الجزيئات والتفاعلات الكيميائية المُحَفَّزة مِن قِبل الإنزيمات التي تسهم في كل العمليات الحيوية ضمن الكائن الحي . يقدم علم الأحياء الجزيئي تخطيطا و وصفا للعلاقة الداخليةِ بين الكيمياء الحيويةِ،و علم الأحياء ، وعلم الوراثة.
الكيمياء الحيوية تتضمن دراسةُ التركيبِ و وظيفةِ المكوّنات الخلوية، مثل بروتين ، كربوهيدرات ، ليبيدات ، حمض نووي ، و الجزيئات الحيوية الأخرى. ركّزتْ كيمياء حيويةُ مؤخراً بشكل مُحدّد أكثرُ على كيمياءِ الأنزيمات التي تَوسّطَ الكثير من العمليات و التفاعلات الحيوية ، وعلى خواص البروتينات .
تصف الكيمياء الحيوية استقلاب الخلية (الهدم والبناء) لها على نطاق واسع. كما تَتضمّنُ فروع أخرى مِنْ الكيمياء الحيويةِ دراسة الشفرة الجينية (DNA، RNA)، تركيب البروتين الحيوي، تركيب غشاء خلية ، ونقل الإشارة ضمن و بين الخلايا الحية .
Biochemistry is the study of the chemical processes and transformations in living organisms. It deals with the structure and function of cellular components, such as proteins, carbohydrates, lipids, nucleic acids, and other biomolecules. Chemical biology aims to answer many questions arising from biochemistry by using tools developed within synthetic chemistry.
Although there are a vast number of different biomolecules, many are complex and large molecules (called polymers) that are composed of similar repeating subunits (called monomers). Each class of polymeric biomolecule has a different set of subunit types. For example, a protein is a polymer made up of 40 or more amino acids. Biochemistry studies the chemical properties of important biological molecules, like proteins, in particular the chemistry of enzyme-catalyzed reactions.
The biochemistry of cell metabolism and the endocrine system has been extensively described. Other areas of biochemistry include the genetic code (DNA, RNA), protein synthesis, cell membrane transport, and signal transduction.
This article only discusses terrestrial biochemistry (carbon- and water-based), as all the life forms we know are on Earth. Since life forms alive today are hypothesized by most to have descended from the same common ancestor, they would naturally have similar biochemistries, even for matters that seem to be essentially arbitrary, such as handedness of various biomolecules. It is unknown whether alternative biochemistries are possible or practical.
History of biochemistry
Originally, it was generally believed that life was not subject to the laws of science the way non-life was. It was thought that only living beings could produce the molecules of life (from other, previously existing biomolecules). Then, in 1828, Friedrich Wöhler published a paper about the synthesis of urea, proving that organic compounds can be created artificially. The dawn of biochemistry may have been the discovery of the first enzyme, diastase (today called amylase), in 1833 by Anselme Payen. Eduard Buchner contributed the first demonstration of a complex biochemical process outside of a cell in 1896: alcoholic fermentation in cell extracts of yeast. Although the term “biochemistry” seems to have been first used in 1882, it is generally accepted that the formal coinage of biochemistry occurred in 1903 by Carl Neuberg, a German chemist. Previously, this area would have been referred to as physiological chemistry. Since then, biochemistry has advanced, especially since the mid-20th century, with the development of new techniques such as chromatography, X-ray diffraction, NMR spectroscopy, radioisotopic labeling, electron microscopy and molecular dynamics simulations. These techniques allowed for the discovery and detailed analysis of many molecules and metabolic pathways of the cell, such as glycolysis and the Krebs cycle (citric acid cycle).
Today, the findings of biochemistry are used in many areas, from genetics to molecular biology and from agriculture to medicine
ولكوّن الكيمياء الحيوية عالم كبير وكثير التشعبات لا بد لنا من معرفة الأقسام العلمية المرتبطة معه .:.
* التحاليل الطبية
* الأدوية
* الأمراض
* هضم المواد داخل جسم الإنسان
* الأنزيمات
* كيمياء الطاقة
* كيمياء نباتات و عملية التمثيل الضوئي
* سوائل الجسم
* الهرمونات
*الفيتامينات
* السموم
* التغذية
* مناعة الجسم
* التطبيقية
* الكيمياء الحيوية الوراثية
فلذا نستطيع القول أن الكيمياء الحيوية هي احد الفروع الهامة لعلم الكيمياء الذي يبحث في تكوين وتركيب المواد الكيميائية التي تتكون منها اجسام الكائنات الحية ، ومن الموضوعات الهامة التي يشملها هذا الفرع ما يجري من تحولات على الغذاء وما يصاحب ذلك من انتاج للطاقة وكيفية الاستفادة منها في اداء الوظائف الحيوية .
وفي هذا الدرس سنتعرف على بعض المواد الاساسية الموجودة في جسم الكائن الحي ودورها في عملية البناء , والتفاعلات اللازمة لتزويد الجسم بما يحتاج من طاقة .
ومن هذه المواد :
1- الكربوهيدرات .
2- الليبيدات .
3- البروتينات .
هنا ايها ألأحبة سنستمتع قليلاً بتناول كل منها بنوع من التفصيل
الكربوهيدراتالكربوهيدرات :هي مركبات كيميائية عضوية تتكون من الكربون , والهيدروجين , والاكسجين . وتعتبر هذه المركبات من مصادر الطاقة في جسم الكائن الحي, والمادة التركيبية لعضيات الخلية .
الصيغة العامة : x [CH2O]n , حيث n = من 3 الى 7 .
صور الكربوهيدرات : توجد على هيئة سكريات , ونشويات , وسكريات بسيطة , وكربوهيدرات بسيطة ومعقدة , ودايت كربوهيدرات .
المصادر الغذائية للكربوهيدرات :
1. تعتبر السكريات المعقدة مصادر جيدة للمعادن والفيتامينات والألياف والتي نستطيع الحصول عليها من :
* الخبز .
* الحبوب .
* بعض الخضروات .
* الارز .
* البطاطس .
2. السكريات البسيطة ايضا تحتوي على المعادن والفيتامينات ونحصل عليها من :
* الفواكه .
* الحليب ومنتجاته .
* الخضروات .
وظيفة الكربوهيدرات : الوظيفة الأساسية للكربوهيدرات هو توفير الطاقة لجسم الكائن الحي خاصة الدماغ والجهاز العصبي.حيث يتم تحويل النشا والسكر الى جلوكوز ومن ثم يتاكسد الجلوكوز ويتحول الى طاقة . مثلا واحد مول من الجلوكوز ينتج عند اكسدته طاقة مقدارها 673 كيلوكالاري ( الكالاري كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوجرام من الماء درجة سيليزية واحدة ) .
المجموعات الوظيفية التي تدخل في تركيب الكربوهيدرات :
تعتبر الكربوهيدرات الديهيدات أي انها تحتوي على مجموعة الديهيد .
او كيتونات عديدة الهيدروكسيل.
بعضها تحتوي على مجموعات حرة للكيتون والالديهيد , وبعضها لا يحتوي على أي منها ولكن عند تحلله في الماء يعطي مركبات تحتوي اما على كيتون او الديهيد .
ويمكن تقسيم الكربوهيدرات تبعا لعدد جزيئات السكر بها الى الاقسام التالية :
§ سكريات احادية ( Monosaccharides ) : وهي ابسط انواع السكريات تتكون من جزيء واحد فقط , وكل جزيء يحتوي على 3 – 7 ذرات كربون .
امثلة : الجلوكوز (C6H12O6) , و الفركتوز (C6H12O6) , والرايبوز (C5H10O5) .
التصنيف : تصنف السكريات الاحادية على اساس عدد ذرات الكربون ونوع المجموعة الوظيفية في الجزيء. مثلا لدينا الجلوكوز والفركتوز لهما نفس الصيغة الجزيئية (C6H12O6) , أي انهما يحتويان على نفس عدد ذرات الكربون الا ان المجموعة الوظيفية في الجلوكوز هي الالديهيد , وفي الفركتوز هي الكيتون. اما بالنسبة للريبوز فان الفرق يكون في عدد ذرات الكربون .
جميع السكريات الاحادية تكون على خطية , حيث ان جميع ذرات الكربون في السلسلة ما عدا واحدة تكون مرتبطة بمجموعة هيدروكسيل (-OH ) , اما الاخيرة تكون مرتبطة بمجموعة الكربونيل (-C=O ) .
السكريات الاحادية التي تحتوي على عدد من ذرات الكربون يساوي خمس او اكثر قد تكون على هيئة حلقات بالاضافة الى الشكل الخطي
في هذا المركب تتكون رابطة تساهمية بين مجموعة الالديهيد في ذرة الكربون الاولى , ومجموعة الهيدروكسيل المرتبطة بذرة الكربون الخامسة :
ويكون للجلوكوز طبيعتين في المحاليل المائية فقط , والاختلاف يكون في موقع احد مجموعات الهيدروكسيل .
سكريات ثنائية : تتكون من ارتباط جزيئين من السكريات الاحادية برابطة كيميائية تساهمية . ويتحلل الجزيء الواحد فيها مائيا ليعطي جزيئين من السكريات
الاحادية .
امثلة : السكروز ( سكر القصب ) : يتكون من جزيئين الاول جلوكوز والثاني فركتوز .
اللاكتوز ( سكر الحليب ) : يتكون من جزيئين ايضا الاول سكروز والثاني جلاكتوز .
المالتوز ( سكر الشعير ) : يتكون من جزيئين جلوكوز الفا وبيتا
السكريات العديدة ( كربوهيدرات عديدة التسكر ) :
جزيئات كبيرة من الكربوهيدرات يتحلل الجزيء الواحد منها مائيا الى عدة جزيئات من السكريات الاحادية.
امثلة : النشا :
والنشا الطبيعي هو عبارة عن خليط من نوعين احدهما يسمى الاميلوز ( 10-20%) ويوجد هذا النوع في القسم الداخلي للخلية ويتكون من سلسة طويلة
غير متفرعة من عدة الاف من جزيئات الجلوكوز ترتبط مع بعضها البعض عن طريق اتصال ذرة الكربون رقم ( 1 ) في الجزيء الاول بذرة الكربون رقم
( 4 ) في الجزيء الذي يليه مع فقد جزيئات ماء , وهو قابل للذوبان في الماء .
والاخريسمى الاميلوبكتين ( 80-90%) ويوجد هذا النوع في جدار الخلية, ويكون غير قابل للذوبان في الماء .
وهو عبارة عن متفرعة تتكون من سلسلة رئيسية خطية ترتبط فيها جزيئات الجلوكوز بالارتباط بين ذرة الكربون رقم ( 1 )
في الجزيء الاول بذرة الكربون رقم ( 4 ) في الجزيء الذي يليه مع فقد جزيئات ماء . وتتكون الرابطة بين السلسلة الرئيسية والتفرع بارتباط ذرة الكربون
رقم ( 1 ) من التفرع مع ذرة الكربون رقم ( 6 ) من السلسلة الرئيسية
السيليلوز: يعتبر من اهم المواد التي تدخل في تركيب جدر الخلايا النباتية . وهو المادة الاساسية المكونة لهيكل النباتات .
وينتج السيليلوز من تكاثف عدد كبير جدا يقدر بالالاف من جزيئات الجلوكوز عن طريق الارتباكط بنفس الطريقة الواردة في الاميلوز.
وهو عبارة عن سلسلة غير متفرعة قد تصل كتلتها الى الملايين .
ويكوّن السيليلوز الالياف التي تساعد في عملية الهضم في الانسان .
والجليكوجين : يخزن في الكبد ويتحول الي جلوكوز بفعل هرمون الجلوكاجون في حالة نقص نسبة السكر في الدم
السكرياتتعود السكريات إلى مجموعة من الأغذية التي تمد جسم الإنسان ، إلى جانب الشحم والبروتين والكحول ، بالطاقة من اجل مواصلة الحياة . ويزود غرام الكربوهيدرات الجسم عموما بطاقة تقدر بأربع سعرات حرارية . وتتواجد السكريات أساسا في النباتات والمنتجات النباتية عدا عن الجلايكوجين و سكر الحليب الحيوانيين . ويتوفر سكر الحليب في اللبن والحليب واللبن المخضب والألبان المشابهة وبشكل اقل بكثير في الجبانة واللبن العاقد.
والسكريات البسيطة هي لبنات بناء كافة السكريات ولكن هذه السكريات البسيطة موجودة في الطبيعة بتركيبتها الأصلية أما السكريات المعقدة فيتألف كل منها من نوع واحد إلى عشرة أنواع أو أكثر من السكريات البسيطة . ويتطلب الأمر من الجسم تحطيم السكريات الثنائية والمضاعفة إلى عناصرها البسيطة كي يستطيع نقلها بالدم والاستفادة منها في إنتاج الطاقة .
وينتمي الطعام الخشن إلى مجموعة السكريات لكنه ، وبسبب من تركيبته الخاصة ، لا تأثير له على سكر الدم . ويتمتع لذلك بأهمية كبيرة للبشر الذين يعانون من ارتفاع سكر الدم .
تركيب السكريات:
تتكون السكريات من من العناصر الكيماوية التالية : الكربون ، الهيدروجين والأوكسجين واضعين في عين الاعتبار أن العناصر هي الأجزاء المكونة للمواد التي تتعذر تجرأتها أكثر. أما تكوين السكريات فيجري في النباتات عبر مزيج من المواد اللاعضوية ( غير الحاوية على الكربون ) وهي الماء المأخوذ من التربة وثاني اوكسيد الكربون المستمد من الهواء. ويجري من خلال عملية النتح بمساعدة الكلوروفيل وطاقة ضوء الشمس تحويل هذه المواد إلى مواد عضوية تحوي الكربون وأواصره مع المواد الأخرى ( السكر في هذه الحالة ) ثم يجري خزن الأخير داخل النسيج النباتي .
وهي عملية ينطلق عنها ، كما هو معروف غاز الأوكسجين ، وهي العملية الوحيدة التي يجري فيها تكوين المواد العضوية ( السكر البسيط ) التي لا تستطيع الحيوانات والإنسان العيش من دونها.
أنواع السكريات
هنال ثلاثة أشكال من السكريات في الطبيعة وهي السكريات البسيطة ،السكريات ا لثنالية وا لسكريات المضاعفة .
السكريات البسيطة : أو السكريات الأحادية هي ابسط أنواع السكريات وتتعذر تجزئتها إلى عناصر اصغر. ويمكن تشخيص السكريات الأحادية الثلاثة التالية حسب درجة حلاوتها ومصادرها.
*سكر ا لعنب ( ا لغلوكوز ) : حلاوته 75% ، تواجده في الفواكه والعسل والدم.
* سكر الفواكه ( الفركتوز ) : حلاوته 120%، تواجده في الفواكه والعسل
* سكر الحليب ( غالاكتوز ): حلاوته 60% ، وتواجده في الحليب .
والحلاوة هنا مقاسة نسبة إلى سكر القصب الذي يعتبر 100%
والسكريات البسيطة ينقلها الدم بشكل مباشر وتسبق كافة المواد الغذائية الاخرى في سرعة منحها الطاقة للجسم . وهي سكريات تتحلل سريعا في الماء وطعمها حلو المذاق مع تفوق واضح لسكر الفواكه من ناحية المذاق .
ا لسكريات ا لثنانية:
تتكون السكريات الثنائية من سكرين الحاديين ، وانواحكها :
* سكر القصب وا لبنجر( ساكاروز ) : يتكون من سكري العنب والفواكه ، حلاوته
100% ويتواجد في قصب السكر والبنجر.
* سكر الشعير ( المالتوز ): يتكون من العنب وسكر العنب ، حلاوته 35% ، و،يتواجد في بذور الحبوب كالشعير ومن خلال تجزئة النشاء إلى مكوناته الأصلية.
* سكر الحليب ( اللاكتوز ) : يتكون من سكر الحليب ( الغالاكتوز ) و سكر العنب ، حلاوته 25% ، ويتواجد في الحليب ومشتقاته .
ويتعذر على الجسم امتصاص السكريات الثنائية مباشرة ويكون بحاجة إلى إنزيمات و خمائر معينة لتجزئتها في سكريات أحادية ومن ثم امتصاصها. وا لسكر المنقلب عبارة عن مزيج من سكري العنب والفواكه وهو المكون الأساسي لعسل النحل . يمكن إنتاج هذا السكر أيضا عن طريق طبخ سكر البنجر باستخدام بعض الأحماض . والسكريات الثنائية ذائبة في الماء أيضا ويمكن تسريع عملية انحلالها في الماء عن طريق تصغير حجما. وهذا يعني أن مسحوق هذه السكريات هو أسرع اشكالها ذوبانا في الماء. وطبيعي فان تسخين الماء يضاعف من قدرته على استيعاب السكر الذائب ، أو وبكلمات اخرى يمكن تسريع ذوبان السكريات الثنائية عن طريق تسخين الماء. وتحريك الماء المحلى بالسكر يزيد أيضا من سرعة ذوبان السكريات الثنائية كما هو الحال عند احتساء القهوة والشاي .
وللسكريات الثنائية قابلية كبيرة على سحب الماء وربطه باواصر معها فتتولى بذلك سحب الأحياء المكرسكوبية المسؤولة عن عملية التخمر من الماء وهذا ما يحدث أساسا عند صناعة المربيات والفواكه المعقودة بالسكر. وللسكر قابلية على التلون أثناء التسخين واكتساب لون بني -ذهبي يميزه ( هذا طبعا بعد مرحلة اولى من والتسخين يتخذ فيها السكر اللون الأصفر ). ويستخدم الإنسان هذه الخاصية بهدف إنتاج الصبغات السكرية المستخدمة بكثرة أثناء تحضير الأطعمة والمعجنات والحلوى ... الخ . ومعروف أن التسخين الزائد للسكر يمنحه طعما مرا ويحوله في النهاية إلى كربون ضار بالصحة .
السكريات المتعددة أو المركب
إن أهم ما يميز السكريات المتعددة عن الثنائية هو طعمها غير الحلو الا ان النوعين يشتركان بخاصية تعذر الامتصاص من قبل الجسم الا بعد تجزئتهما الى سكريات أحادية . وهنا أنواع السكريات المركبة :
* ا لنشاء : ويتواجد في لبطاطا ، الحبوب والبقول .
* ا لديكسترين : ويتواجد في قشرة الخبز والخبز المحمص .
* السيليلوز : وبتواجد في النباتات
* البكتين : يتواجد في الفواكه ذات النوى والحبوب
* الجلايكوجين : في الكبد والعضلات
يتكون النشاء عادة من عدة مئات من السكريات الأحادية ويحفغل في الخلايا النباتية بمثابة وقود احتياطي كما هو الحال في الجذور ، البذور ، 1لفواكه والابصال . وميزة النشاء الأساسية انه لا يذوب في الماء البارد وانه أثقل من الماء ويترسب لذلك في قعر الإناء حال ركود الماء بعد تحريكه .تبدأ النشويات بالتحول إلى سائل بدرجة35 مئوية والى غراء نحليغل بدرجة 70 مئوية وتكون بذلك مادة رابطة ثخينة ضرورية
في تحضير العديد من الوجبات والشوربات إضافة إلى الكاستر والكريمات والمعجنات . ويتحول النشاء بفعل التسخين الجاف ( الخبز و والتحميص ) إلى دكسترين ويمنح المواد الغذائية طعما شهيا كما هو الحال مع الخبز المحمص .وعلى هذا الأساس فان الديكسترين هو سكريات ناشئة عن تحطيم النشويات بواسطة التسخين الجاف وهي سكريات أسهل هضما على الإنسان من النشويات وتستخدم لذلك بكثرة في أغذية المرضى وا لأطفال . وتتمتع ا لديكسترينات بمذاق قليل الحلاوة وهي مواد ذائبة في الماء.
أما السليلوز فهو مادة بناء النبات ، نسيجي القوام وصلب .وهو عسر الهضم عند الإنسان لكنه ينفع عمل الأمعاء كمادة طعام خشن . ويتكون السليلوز من تركيبة تضم ألاف السكريات الأحادية وهو منيع على الإذابة في الماء . ويتمتع السليوز بقابلية كبيرة على الاسالة ويخلق لذلك شعورا سريعا لدى الانسان بالشبع .
ويعتبر الجلايكوجين احد المكونات المهمة والمخزونة في الكبد والخلايا العضلية فهو "نشاء الكبد " . ويتولى الكبد ، في حالة الحاجة ، تحويل الجلايكوجين إلى سكر عنب وحرقه من اجل تزويد الجسم بالطاقة ا للازمة . والجلايكوجين سكر يذوب في الماء بسهولة .
* أنواع السكريات المتعددة
1- "Amasake":
سائل غليظ القوام يتم الحصول عليه من تخمر الأرز البني المحلي.
2- سكر البنجر:
السكر الذي يتم الحصول عليه من البنجر (سكروز).
3- سكر الشعير:
كما يتضح من الاسم يتم الحصول عليه من الشعير.
4- سكر بني:
السكر الأبيض مع المولاس لإعطاء مزيج لين.
5- سكر القصب:
هو السكروز الذي يتم الحصول عليه من قصب السكر.
6- سكر الخروع:
عبارة عن كريستالات من السكر الأبيض السنترفيش.
7- عصير الفاكهة المركز:
يتم الحصول عليه بتسخين عصير الفاكهة فوق درجة حرارة عالية بحيث تتبخر المياه ويتبقى العصير المركز في سكره وفي قوامه ويمكن الاحتفاظ به في الفريزر لفترة طويلة من الزمن.
8- شراب الذرة:
وهي شراب غليظ القوام وحلو المذاق ,يتم الحصول عليه من معالجة النشا مع الأحماض أو الإنزيمات ويسمى أيضاً شراب الذرة العالي في نسبة الفركتوز.
9- سكر البلح:
هو السكر الذي ينتج من البلح.
10- الدكستروز:
ويسمى أيضاً باسم: سكر الذرة - سكر العنب - سكر النشا. ومن أكثر الأمثلة شيوعاً لتواجد الجلوكوز هي فاكهة العنب والعسل، كما يمكن الحصول عليه من النشويات.
11 - سكريات ثنائية التكافؤ:أية سكريات تحتوي على جزيئين من السكريات أحادية التكافؤ، ويقع أيضاً في قائمتها اللكتوز والسكروز.
12- سكر الفاكهة:السكر الذي يتواجد بشكل طبيعي في الفاكهة.
13- الفركتوز:
يسمى أيضاً لفيولوز وسكر الفاكهة، وهو من السكريات البسيطة وأكثرها حلاوة بين جميع أنواع السكريات الطبيعية (ومنها الجلوكوز والملتوز والسكروز). يتواجد في الفاكهة والعسل.
*سكر الفواكه ( الفركتوز ) : حلاوته 120%، تواجده في الفواكه والعسل
14- جلوكوز Glucose:من السكريات البسيطة التي تتواجد في النباتات والعسل وعصير العنب.
يسمى سكر الدم ، وهو سكر أحادي لا يتحلل إلى سكر أبسط ، يحتوي على (6) ذرات كربون ، لذا فهو يسمى سكر أحادي سداسي ، صيغته الجزيئية C6H12O6 ، يوجد في المحاليل المائية على شكل بناء مفتوح وبنائان حلقيان ، الشكل المفتوح للغلوكوز يحتوي على مجاميع هيدروكسيل ومجموعة كربونيل الدهيدية على ذرة الكربون الأولى ، لذا فهو ينتمي الى السكريات اللألدهيديه ( الدوز ) ، وعليه فهو يستجيب لكاشفي تولينز وفهلنغ ، لذا فهو سكر مختزل .
وبارتباط ذرة الكربون الأولى مع ذرة الكربون الخامسة يتكون بناءان حلقيان للغلوكوز في حالة اتزان أحدهما يسمى ألفا غلوكوز والآخر يسمى بيتا غلوكوز وذلك تبعاً لاتجاه مجموعة الهيدروكسيل على ذرة الكربون رقم (1) والمسماه ذرة الكربون الأنوميرية ، ويكون تركيب الحلقتان سداسي .
15- جليسيرول Glycerol:سائل حلو يستخلص من السكر.
كحول يحتوي على ثلاثة مجاميع هيدروكسيل ( OH ) .
يعتبر الغليسيرول مشتق للبروبان الذي استبدلت فيه ثلاث ذرات هيدروجين بثلاث مجاميع هيدروكسيل ، واسمه حسب نظام i1،2،3iIUPAC - بر وبان تريول
الغليسيرول سائل غليظ القوام ، ذو لزوجة عالية ، حلو المذاق ، يغلي عند 290 5س ، ويختلط مع الماء بجميع النسب .
يتم الحصول على الغليسيرول كناتج ثانوي عند صناعة الصابون ، ويستهلك كميات كبيرة منه لإنتاج ثلاثي نيتروغليسيرول ، وهو من أقوى المواد المتفجرة .
يسمى محلوله باسم غليسيرين ويستخدم كمادة مرطبة للجلد .
16- جليكول:
سائل غليظ القوام حلو المذاق عديم اللون يصنع من مركبات الإثيلين معروفة ومحددة.
17- العسل:يرتبط إنتاجه بالنحل الذي يستخلصه من رحيق الأزهار.
18- اللكتوز: سكر اللبن يتواجد بشكل طبيعي في اللبن، ويمكن هدرجته ليتحول إلى جلوكوز وجلكتوز وهو أقل السكريات في حلاوة الطعم.
19- اللفيولوز:هو سكر الفاكهة، من السكريات البسيطة التي تتواجد في العسل والفاكهة الطازجة.
20- سكر الشعير:
تتم معالجة الشعير باستخدام طريقة التفاعل مع الإنزيمات وينتج على أثرها السكر.
21- الملتوز:
ويسمى بسكر الشعير، وهو السكر الذي يتم إنتاجه من النشويات.
22- المانيتول:
مادة بيضاء حلوة كريستالية تتواجد في العديد من النباتات.
23- المانوز:
من السكريات البسيطة الأحادية التكافؤ يتم الحصول عليها بأكسدة المانيتول.
24- المولاس:
محلول بني مائل إلى اللون الأسود وينتج من تكرير قصب السكر وسكر البنجر.
25- سكريات أحادية التكافؤ:
من السكريات البسيطة مثل (الفركتوز والسكروز).
26- سكر النخل:
يتم الحصول عليه من النخيل وأشجار جوز الهند وعصير القصب.
27- النبتوز:
من السكريات الأحادية والطبيعية ويدخل فيها خمس ذرات كربون.
28- السكر الخام:
وهو السكروز، المتخلف عن تكرير قصب السكر.
29- السوربيتول:
يتواجد بشكل طبيعي في بعض الفاكهة والأعشاب البحرية.
30- السكروز:من السكريات الأحادية (الفركتوز والجلوكوز) والذي يتم الحصول عليه من قصب السكر أو سكر البنجر.
31- قصب السكر.
32- سكر المائدة:
يصنع من السكروز.
33- السكر الأبيض:
يصنع من السكر المكرر أو سكر البنجر
مصدر للطاقة
تجري عملية أكسدة ( حرق ) 1لسكريات الأحادية بمساعدة الهواء ( الأوكسجين ) كي تستخدم كمصدر للطاقة ( الحرارة والقوة ) الا إن بامكان الجسم الاستعاضة عنها في هذه العملية بواسطة الدهنيات أو البروتينات . ويحتفغل الدم بنسبة معينة من السكر الأحادي ، يسص سكر الدم ، وكمصدر دائم وجاهز للطاقة. ويصاب الانسان بداء السكري حينما ترتفع نسبة السكر في الدم بشكل دائم . وتقاس كمية السكر المتاحة للإنسان المصاب بالسكري بوحدة الخبز وتقدر ب 1 غم من السكر التي ت 2 ،17 كيلو جول .
ويحتفظ الجسم باستمرار على نوع معين من السكريات وهو الجلايكوجين كمصدر للطاقة يتواجد في الكبد ( 15 غم ) وفي العضلات ( 200 غم ). ويتولى الجسم تحول الدفعات الزائدة من السكريات الى دهن ويحفظها كنسيج شحمي ( البدانة ).
تشكل السكريات جزءا هاما من غذاء الانسان ويتحدث العلم عن ضرورة الاعتماد على السكريات في تزويد جسم الانسان بنسبة 50 - 60% من الطاقة التي يحتاجها. وتقاس حاجة الانسان الصحية من السكريات ب 5غم لكل كيلوغرام من وزن الانسان . أي حوالي 250 - 300 غم يوميا كمعدل عند إنسان من وزن متوسط هو 70 كغم . وتحتوي اغلفة النباتات الحاوية على الكاربوهيدرات مثل الحبوب على كمية هامة من السكريات وهذا يعني ان تقشير هذه المواد سيفقدها بعضا من فوائدها قياسا بالمواد غير المقشرة منها.
لاحظوا انه في حين تعتمد بعض أجزاء الجسم على طاقتها من مصادر الدهون اوا لبروتينات فان أجهزة اخرى هامة تعتمد على السكريات كمصادر لعملها. فالدماغ وكريات الدم الحمراء كمثل يستمدان طاقتهما أساسا من سكر الغلوكوز.
وتشكل السكريات المضاعفة جزءا هاما من بناء العظام والأسنان والأنسجة الرابطة وتحافظ على توازن الماء والالكتروليتات داخل الجسم كما تلعب دورا هاما في تأكيد انتماء دم الانسان الى هذه المجموعة او تلك .وربما ان احدى اهم وظائف السكريات عند الانسان هو عملها على حفظ البروتينات في الجسد. فالسكريات تقدم نفسها اثناء المجاعات التي تحيق بالانسان كمواد للحرق وانتاج الطاقة قبل ان يتوجه الجسم للاستفادة من البروتينات في هذه العملية.
الأنسولين ومرض ا لسكري
تتولى خلايا خاصة هي خلايا بيتا في البنكرياس فرز هرمون الأنسولين في الدم بهدف الحفاظ على مستوى السكر في الدم . واضافة الى مهماته الاخرى فان الأنسولين يعبد الطريق أمام الجلوكوز للانتقال من الدم الى خلايا الجسم.
عائلة الليبيدات Lipids
اسم يستخدم للدلالة على مجموعة كبيرة من المركبات احيانا تشمل كل ما هو غير ذواب بالماء
أو ما يمكن اعتباره موادا غير قطبية
ذات أصل عضوي : بما في ذلك المواد الشمعية waxes و الحموض الدسمة Fattyacids و مشتقاتها من دسم فوسفورية أو سفينغوليبيد أو دسم سكرية أو تربينات و حتى
الرتينوئيدات و الستيروئيدات
هناك تنوع كبير في بنية هذه المركبات فبعضها حلقي ألكاني و بعضها عطري ،
بعضها مرن متحرك في حين بعضها الآخر ذو بنية ثابتة .
أنواع الليبيدات
غليسيريدات و الأحماض الدهنية
غليسيريدات ثلاثية = تريغليسيريد Triglycerides (دهون fats);
شمع Wax;
دسم فوسفورية;
سفينغوليبيد;
غليكوليبيد;
تربينويد;
ريتينويد;
ستيرويد
الليبيدات : مركبات عضوية حياتية تذوب في المذيبات غير القطبية مثل البنزين ورابع كلوريد الكربون .
أهمية الليبيدات
- تؤلف حوالي 5 % من المواد العضوية الداخلة في تركيب الخلية الحية .
- تكون خلايا الدماغ والأنسجة العصبية .
- تعد مصدرا ً ومستودعا ً للطاقة .
- لاتعمل كعازل حراري في الحيوان والانسان .
- لها دور مهم في تركيب الأغشية الخلوية .
- البعض منها تعمل كهرمونات .
تقسم الليبيدات الى عدة أقسام أهمها :
1- الزيوت .
2- الدهون
3- الستيرويدات .
الزيوت والدهون
تشترك الزيوت والدهون في كونها استرات ثلاثية ( ثلاثي غليسريدTriglyceride ) للغليسرول Glycerol مع الحموض الدهنية Faty acides ، ويتم الارتباط بينهما بروابط استرية .
الجليسرول Glycerolوهو عبارة عن كحول متعدد الهيدروكسيل ، ويحتوي على ثلاث مجموعات هيدروكسيل ( OH ) .
الحموض الدهنية Fatty acidsحموض عضوية كربوكسيلية ذات سلاسل كربونية طويلة ، لا يقل عدد ذرات الكربون فيها عن 12 ذرة ،
وقد تكون مشبعة أو غير مشبعة ، فان كانت غير مشبعة أنتجت زيتاً ، وان كانت مشبعة أنتجت دهناً .
حيث R شق هيدروكربوني ( كربون وهيدروجين )ويمكن كتابة صيغة الحمض الدهني
كما تكتب صيغة الحمض الكربوكسيلي على النحو الآتي : RCOOH
بعض الحموض الدهنية المهمة الموجودة في الطبيعة
الاسم الصيغة الكيميائية وجوده
حموض دهنية مشبعة
حمض بيوتيريك C3H7COOH الزبدة
حمض كابريليك C7H15COOH زيت جوز الهند
حمض كابريك C9H19COOH زيت النخيل
حمض مايريستيك C13H27COOH زيت البندق
حموض دهنية غير مشبعة
حمض أوليك C17H33COOH زيت الزيتون
حمض لينوليك C17H31COOH زيت بذر الكتان
حمض لينولينيك C17H29COOH زيت بذر الكتان
تركيب الدهون والزيوت
استرثلاثي
حموض دهنية
غليسرول
وترتبط الحموض الدهنية مع الغليسيرول بروابط استرية . ونظراً لضعف قوى الترابط بين جزيئات الدهون،
وبين جزيئات الزيوت (قوى لندن) لذا :
تكون درجات انصهار الدهون منخفضة. نجد الزيوت في حالة السيولة.
لا تذوب الدهون أو الزيوت في الماء بل تذوب في المذيبات غير القطبية
مصادر الطبيعية للزيوت والدهون
مصادر الزيوت / المصادر النباتية مثل الزيتون والذرة والفستق وفول الصويا.
مصادر الدهون / المصادر الحيوانية مثل الزبد الحيواني والجزء الدهني من اللحوم.
مقارنة بين الزيوت والدهون
الدهون الزيوت المقارنة
حيواني نباتي المصدر
صلب سائل الحالة الفيزيائية
مشبعة غير مشبعة الحموض الدهنية المكونة لها
تركيب الدهون والزيوت
الدور الحيوي للدهون والزيوت: تخزن الكائنات الحية الفائض من ثلاثي الغليسريد في
خلايا الأنسجة على شكل زيوت في النبات ودهون في الحيوان.
ففي جسم الإنسان تخزن الدهون الزائدة في طبقات تحت الجلد ، خاصة في منطقة البطن
وحول بعض الأعضاء كالكليتين ، ولهذه الطبقات أهمية في: حماية الجسم عند الصدمات .
وكمادة عازلة للحرارة .
تعد الدهون مصدراً مهماً للطاقة في الثدييات كما في الغلايكوجين ، إذ يعطي الغرام الواحد منها
من الطاقة الحرارية ضعف ما يعطيه الغرام الواحد من الغلايكوجين تقريباً عند تحول كليهما
إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.
هدرجة الزيوت
تحول الزيوت السائلة التي تحتوي على حموض دهنية غير مشبعة إلى دهون صلبة بهدرجة
الزيوت جزئياً بوجود عامل مساعد كالنيكل ، ويطلق على ناتج عملية الهدرجة السمن النباتي
أو الزبد النباتي
ومن غير المستحب تحويل جميع الروابط الثنائية في الزيوت إلى روابط أحادية، إذ لا يكون طعم
الناتج مقبولاً لذا يتم التحكم بعملية الهدرجة بحيث يتم تحويل جزء من الروابط الثنائية في الزيت
وليس جميعها إلى روابط أحادية.
تصبن الزيوت والدهون
يتميه الاستر الثلاثي في وسط قاعدي لينتج غليسرول وخليط من أملاح الحموض الدهنية
( الصابون ) ، وتسمى عملية التميه هذه التصبن .
آلية عمل الصابون في التنظيف
تحتوي الكانوات الصوديوم (الصابون) مثل ستيارات الصوديوم على أيونات الصوديوم
وأيون الستيارات والتي تنحل في الماء لتعطي أيون الستيارات الذي يحتوي على جزء مشحون
ميال للماء وجزء غير مشجون
نافر من الماء.
نظراً لوجود طرفين في الصابون أحدهما مشحون والآخر غير مشحون، لذا نجد أن عدداً من
أيونات الستيارات يتجمع على شكل كروي يضم الأطراف الهيدروكربونية إلى داخل الشكل الكروي،
بينما تتجه الأطراف سالبة
الشحنة إلى الخارج نحو الماء، ويطلق على هذا التجمع اسم الميسيل.
وإذا أضيف المحلول الصابوني إلى سطح عليه طبقة زيتية مثلاً ، فإن أطراف السلاسل الهيدروكربونية
غير المشحونة من الميسيل تذوب في الطبقة الزيتية ، وتحملها بعيداً عن السطح الذي نُزعت منه
إلى الوسط المائي.
الستيرويدات Steroides
ليبيدات تستخلص من الأنسجة النباتية والحيوانية ، لها كتلة مولية عالية، ولكثير منها نشاط بيولوجي
في الكائنات الحية ، وتشترك جميعاً في وجود (4) حلقات مدمجة ثلاث منها سداسية والرابعة خماسية.
والاسم الكيميائي لهذه الحلقات مجتمعة :
Perhydrocyclo pentano phenanthrene
الأهمية الحيوية للستيرويدات
1- منها ما ينتج بعض الفيتامينات .
2- تكوين بعض الهرمونات .
أهمية الكوليستيرول ومضاره :
1- تكوين جدر الخلايا.
2- إنتاج جميع الستيرويدات . مثل :
الفيتامينات مثل فيتامين ( د3 )
ونظراً للكتلة المولية العالية للستيرويدات فإنها لا تذوب في الوسط الخلوي المائي بينما تذوب في الدهون مما يتيح الفرصة لتخزينها في الأنسجة الدهنية للجسم ، وهذا يفسر عدم الحاجة اليومية
للتزود بفيتامين ( د ).
ويتكون فيتامين ( د3 ) تحت الجلد من تعرض الكوليستيرول للأشعة فوق البنفسجية ( UV ) .
ليس لنا حاجة للتزويد بالكوليسترول في غذائنا ، فخلايا الجسم قادرة على إنتاجه بشكل عام،
وينتج الكبد ما يقارب 70% من حاجة الجسم للكوليسترول .
ويقل إنتاج الكوليسترول في الجسم عند تناول أطعمة غنية بالكوليسترول،
إلا أن ما ينتج عادة في الجسم يزيد عن حاجة الإنسان، وهنا تبرز مشكلة زيادة نسبته في مجرى الدم
مما يسبب أمراض تصلب الشرايين والجلطة الدموية .
إن زيادة نسبة الكوليسترول في مجرى الدم تشجع ترسبه على جدران الأوعية الدموية فيعيق مجرى
الدم من جهة، وتصلبها من جهة أخرى، مما يفقدها المرونة في الانقباض والانبساط مما يؤدي في
النهاية لانسدادها .
