مقدمة
أن الخصائص الكيموحيوية للحياة وتطور الكائنات يعتمد فى المقام الأول على كيمياء الاحماض النووية معبرا عنها من خلال البروتينات حيث ان للبروتينات دورا عظيما للكائن الحى حيث انها ذات نشاط وظيفى حيث تدخل فى تركيب الانزيمات وهى اداة عمل الخلية كما تدخل فى بناء بعض الهرمونات والكروموسومات . فضلا على دورها التركيبى فالبروتينات هى المكون الاساسى للخلية حيث تكون البروتوبلازم وهو مادة الحياة للانسجة كما انها مصدر طاقة للكائن الحى عندما تنضب موارده من الطاقة " عند نقص الكربوهيدرات وهى المصدر الرئيسى للطاقة -+" تجود البروتينات باحماضها الكيتونية بعد نزع مجموعات الامين من عليها لتحرق فى افران الطاقة بالخلية " الميتاكوندريا " فتمد النبات بالطاقة اللازمة لاستمرار حياته
التغذية النيتروجينية
بالرغم من وجود النيتروجين بكمية كبيرة داخل النبات وحاجة النبات له كبيرة الا ان النيتروجين غير ميسر فى الطبيعة للنبات حيث لا يوجد فى صورة معدنية ولكن يوجد النيتروجين كغاز بالهواء والتى تصل نسبته الى 78% من مكونات الهواء ولكن النبات لا يستطيع تثبيت النيتروجين وتقوم الكائنات الدقيقة نيابة عنه بذلك الدور وقد يدخل النيتروجين للتربة عن طريق آخر كأسيد النيتروجين ناتج من الشحنات الكهربية للبرق
يمتص النبات النيتروجين اما فى صورة نترات NO3- او فى صورة امونيوم NH4+ الا ان النبات لا يستطيع استخدام النترات لذلك لزم اختزال النترات داخل النبات لتكوين الامونيا لكى يستطيع النبات استخدامها فى تكوين الاحماض الامينية بتفاعل الامونيا مع الاحماض الكيتونية الناتجة من تمثيل الكربوهيدرات المتكونة اثناء التمثيل الضوئى وهو ما ثبت عندما لوحظ انه تحت ظروف الاختزال الشديد للنترات وتمثيلها فى الظلام فان مستوى الكربوهيدرات فى النبات يقل بدرجة كبيرة الا ان النقص سرعان ما يعوض فى الضوء من نواتج عملية التمثيل الضوئى
النيتروجين العضوى
لعديد من النباتات قادرة على استخدام النيتروجين العضوى لمصدر للنيتروجين اللازم للنمو فالعديد من الاحماض الامينية والاميدات واليوريا توجد
فى التربة نتيجة تحلل نفايات المزرعة من سيقان النباتات المتبقية بعد الحصاد للمحصول السابق والاوراق الساقطة لبلوغ الاوراق الى عمر الشيخوخة او الساقطة لمواجهه الظروف البيئية غير المناسبة او جذور النباتات المتبقية فى التربة . ونتيجة اضافة السماد العضوى والدبال المتحلل . وعند تأكسد الاحماض الامينية فى تلك المواد العضوية ينتج عنها الامونيا التى تتأكسد بدورها الى النترات والتى يمتصها النبات وتعتبر مصدر هام للحصول على احتياجاتها من النيتروجين . ,قد ثبت ان رش اليوريا على الاوراق فعال فى تغذية البنات بالنيتروجين حيث تتحلل بواسطة انزيم urease لينتج الامونيا وثانى أكسيد الكربون وهناك طريق آخر مباشر
لاستخدام اليوريا داخل النبات عن طريق اندماج اليوريا مع الحمض الامينى الاورنيثين لتكوين الحمض الامينى الارجنيين
تثبيت النيتروجين تكافليا Symbiotic Nitrogen Fixation
تحصل كثير من النباتات البقولية على النيتروجين المثبت عن طريق البكتريا التى تعيش تكافليا على جذورها مسببتا لها العقد الجذرية ومثبتة للنيتروجين من اجل الحصول على الغذاء الكربوهيدراى من النبات العائل والبكتريا التكافلية من جنس Rhizobium اما نبات الحور فيتكافل مع جنس Actimyces وجد عند تمزيق العقد الجذرية صبغة حمراء تسبة الهيموجلوبين تسمى البقلوهيموجلوبين وهى المسئولة عن حمل الاوكسجين اللازم لسلسلة الانتقال الالكترونى للمستعمرة الريزومية فى العقد البكتيرية للعائل ليقوم انزيم النيتروجينيز Nitogenase باستخدام بأختزال النيتروجين الجوى الموجود فى حيز التربة ثم فى خلايا العائل ليكون الامونيا ويمر الالكترونات التى مصدرها الايدروجين الناتج من عمليات الاكسدة والاختزال الناتجة من تنفس البكتريا التكافلية ويقوم تيار الالمترونات بقزف الاوكسجين المحمل على صبغة البقلوهيموجلوبين ليتكون الماء فى عملية تشبة عملية التأكسد الطرفى التى سوف يأتى التحدث عنها بالتفصيل عند مناقشة موضوع التنفس فى النبات . زهناك بعض العناصر الغذائية المهمة فى تلك العملية مثل الحديد والنحاس والكوبلت والمولبدنيم . اما الحديد لانة يدخل فى تركيب الصبغة المسئولة عن النقل الالكترونى وايضا النحاس لانة يدخل فى بناء جزيئ البقلهيموجلبين , اما الكوبلت فى جزء من تركيب فيتامين ب12 وهو يدخل ايضا فى تركيب البقلهيموجلوبين اما وظيفة المولبيدنيم فهو تبادل الالكترونات كمكتسب للالكترون ومانح له فى اختزال النيتروجين الىامونيا ويتم ذلك على عدة خطوات حيث يختزل النيتروجين N2 الى ثنائى الاميد HN=NH ثم الى الهيدرازين NH2-NH2 ثم الى الأمونيا NH3
التحولات النيتروجينية بالتربة
تختزل بكتريا Azotobacter الازوت الجوى بساعدة الطاقة المنطلقة من اكسدة المواد العضوية اثناء التنفس وبعد موتها تتحلل تلك البكتريا كما تتحلل المركبات العضوية المضافة للتربة وينتج من التحلل الازوت وهو فى حالة امونيا وتعرف تلك العملية بالنشدرة .
ثم تحدث اكسدة للامونيا لتتحول الى نترات بتاثير بكتريا تسمى ببكتريا التأزت Nitrifying bacteria ويتم ذلك علىبببب خطوتين الاولى يحدث اكسدة للامونيا فتتحول الى النيتريت ويؤديها بكتريا Nitrosomonas, Nitrococcus والخطوة الثانية هى اكسدة النيتريت الى نترات ويؤديها بكتريا Nitrobacter وتلك البكتريا ذاتية التغذية Atrophic وتحتاج فقط الى المواد الغير عضوية لنوها
دورة الأزوت فى الطبيعة The Nitrogen Cycle
يتم تثبيت الأزوت الجوى كما سبق الاشارة لذلك ليقوم النبات بامتصاص النترات والامونيا والبتريت وكذلك المركبات الازوتية العضوية ويحولها الى احماض امينية وبروتيات حيث تشكل الهيكل الرئيسى فى بناء انسجتة الحية ويقوم الحيوان بالتغذية على النبات وعند موت النبات والحيوان تقوم البكتريا بتحللهما الى نشادر ويتحول النشادر الى نيتريت ثم الى نترات
يحدث ايضا تحول النترات الى اكسيد النيتروز N2O وغاز النيتروجين من خلال وساطة كائنات التربة الدقيقة فى عملية Denitification عكس النترتة والتى تنتهى بخروج غاز النيتروجين الى الغلاف الجوى لتكتمل الدورة المعقدة للنتروجين فى الطبيعة , كما كمية صغيرة من النيتروجين تدخل التربة من خلال الامطار الرعدية
الاحماض الأمينية Ami acids
كما يستدل من اسمها هى مركبات تجمع خصائص الاحماض والامينات فهى تحتوى على مجموعة كربوكسيل COOH ومجموعة امين NH2 او اكثر وتعتبر الاحماض الامينية مشتقات للاحماض الدهنية باستبدال الهيدروجين بمجموعة امين . والاحماض الدهنية المحتوية على اكثر من ذرة كربون ينتج عنها عدة احماض امينية متشابة فى وضع مجموعة الامين فأن كانت مجموعة الامين على ذرة الكربون الاولى المجاورة لمجموعة الكربوكسيل سمى الحمض الامينى الفا وان كانت مجموعة الامين على ذرة الكربون الثانية سمى الحمض الامينى بيتا وان كانت مجموعة الامين على ذرة الكربون الثالثة سمى الحمض الامينى جاما
والاحماض الامينية الكترولينات امفوتيرية Amphataric بالنسبة لاحتواءها على مجاميع امينو قاعديه ومجموعه كربوكسيل حامضية وتكون الاحماض الامينية احادية الكربوكسيل احاديه الامينو فى الماء محاليل ثنائية القطب تحمل شحنتين احدهما سالبة والاخرى موجبه نتيجه انتقال بروتون H+ مجموعة الكربوكسيل الى مجموعة الامينو ونظرا لوجود شحنه موجبه على مجموعه الامينو وسالبة على مجموعة الكربوكسيل يكون الجزى متعادل كهربائيا والاحماض الامينية تعمل لحامض او كقاعدة فعند وجود وسط متعادل كهربائيا isoelectric point فتكون الشحنات الموجبة والسالبة للحمض متساوية ولا تتحرك تلك الاحماض اذا وضعت تحت تاثير الفصل الكهربى Electrophoresis , اما اذا كان الوسط قاعدى ( pH مرتفع) فأن الحمض يسلك سلوك الأنيون بسبب سيادة NH2/COO- كمجموعات عمل فعالة وعلى النقيض ان كان الحمض فى وسط حامضى ( pH منخفض) فأنة يسلك سلوك الكاتيون بسبب سيادة NH3+ / COOH كمجموعات عمل فعالة وهذا هو دور البروتينات المنظم Buffering ومن امثلة الاحماض الامينية :
الجليسين : يتركب الجليسين من استبدال ذرة هيدروجين من مجموعة الالكيل بحمض الخليك بمجموعة امين
الألانين والجلوتاميك والاسبارتيك: تتكون تلك الاحماض بعملية نقل مجموعة الامين الى الاحماض الكيتونية المناظرة فيتكون الألانين من حمض البيروفيك والجلوتاميك من حمض الالفا كيتو جلوتاريك والاسبارتيك من حمض الاكسالوخليك على التوالى والاحماض الكيتونية سالفة الذكر تنتج من التحولات الكربوهيدراتية خلال دورة حمض الستريك " اثناء التنفس او أكسدة السكر "
التيروزين : يتكون انتقال مجموعة الامين من حمض الجلوتاميك الى الحمض الكيتونى فينايل بيروفيك فيتكون حمض الفينايل الألانين الذى يتحد مع مجموعة ايدوكسيل لينتج حمض التيروزين
السستيتن والسستئين : تتكون من اتحاد كبريتيد الايدروجين مع البيروفات ليتكون السستين ثم السستئين
التربتوفان : يتكون عن طريق تكثيف الاندول مع الحمض الامينى السيرين او تكوين الاندول من حمض الانثرانيليك
البروتينات :
البروتينات نوعان احدهما ذائب فى عصير الخلية والآخر غير قابل للذوبان وهى البروتينات المكونة للاغشية الخلوية , كما توجد البروتينات فى صورة شبة صلبة غروية فى البروتوبلازم او فى صورة صلبة فى البذور
تحتوى البروتينات على الكربون بنسبة 50 – 54 % والايدروجين بنسبة 7 % والنيتروجين بنسبة 16 – 18 % والاوكسجين بنسبة 20 –25 % من وزنها ويشترك الكبريت بسبة 2 % كما يشترك الفسفور فى بعض البروتينات الهامة
يتميز جزئ البروتين بكبر وزنها الجزيئ فانه يكون محاليلا غروية ينتج عنها ضغطا اسموزيا ضعيف بالاضافة الى عدم قدرته على المرور خلال الاغشية شبة المنفذة وبذلك فهو يعمل على تنظيم مرور السوائل الحيوية خلال الأغشية
تتكمون البروتينات من وحدات متكررة من الاحماض الامينية ترتبط مع بعضها بروابط ببتيدية وهى التى بين مجموعة الكربوكسيل لأحد الاحماض الامينية مع مجموعة امين لحمض امينى آخر ويخرج الماء نتيجة هذا الاتحاد لذلك يسمى اتحاد حمضيين اميينين باسم المركب ثنائى الببتيد وسلسلة البروتين المتكونة من عديد من الاحماض الامينية باسم عديد الببتيد Polypeptide .
وتقسم البروتينات تبعا لنقائها بمعنى بنائها من الوحدات الاساسية اى الاحماض الامينية فقط أو دخول مركبات أخرى غير بروتينية فى تركيبها لذلك تقسم الى :
1- البروتينات البسيطة : وهى التى تتحلل الى احماض امينية فقط وتقسم تلك البروتينات حسب درجة ذوبانها الى :
أ- الالبيومينات Albumins تذوب فى الماء والمحاليل المخففة للأملاح المتعادلة وتتجمع بالتسخين وتوجد فى البذور وألاوراق
ب- الجلوبيولينات Globulins لا تذوب فى الماء وتذوب فى المحاليل المخففة للاملاح المتعادلة وتوجد فى البذور وألاوراق
ت- الجلوتيلينات glutelins تذوب فى الاحماض والقواعد المخففة وتوجد فى بذور النجيليات
ث- البرولامينات Prolamins تذوب فى كحول الايثانول 50% وتوجد فى بذور النجيليات
2- البروتينات المرتبطة : وهى بروتينات ترتبط بمواد غير بروتينية وتقسم الى
أ- البروتينات النووية : وهى البروتينات المرتبطة بالاحماض النووية
ب- البروتينات الفسفورية : وهى البروتينات المرتبطة بحمض الفسفوريك وتوجد فى كازين اللبن
ت- البروتينات الملونة : وهى البروتينات المرتبطة بصبغات النبات مثل الفيتوكروم والبروتينات الكاروتينية والبروتينات الكلوروفيلية
ث- بروتينات الليسيثين : وهى البروتينات المرتبطة بالليسيثين وهى احدى مكونات البروتوبلازم
ج- البروتينات الدهنية : وهى البروتينات المرتبطة بالاحماض الدهنية وتوجد فى الاغشية الحيوية
تركيب البروتين
يتركب البروتين من الاحماض الالفا امينية مرتبطة ببعضها بروابط ببتيدية فى سلسلة طويلة تحتوى على عدد قليل جدا من مجموعات أمينية او كربوكسيلية منفردة وهى التى تمثل اطراف سلسلتها الببتيدية وتختلف البروتينات فى بنائها الكيميائى تبعا لعدة اعتبارات كالتالى
* عدد ونوع الاحماض الامينية المكونة لسلاسلها الببتيدية
* ترتيب تتابع الاحماض الامينية بالنسبة لبعضها فى السلسلة الببتيدية
* التوزيع الفراغى للذرات والمجموعات ( R ) بالنسبة لبعضها البعض فى السلسلة الببتيدية وهذا يتوقف لحد كبير على درجة الالتفاف او الالتواء على طول السلسلة والذى يؤدى الى شكل حلزونى Helix
* الشكل والتكوين المجسم ثلاثى الابعاد لجزئ البروتين
* التصاق جزيئات ببعضها مكونة تجمعات ذات وزن جزئ مرتفع
* ارتباط البروتينات مع مواد غير بروتينية مكونة أنواع من البروتينات
المرتبطة
لذلك يتركب البروتين تبعا لعدة مستويات
* التركيب الاولى : Primary structure هو تكوين البروتين على اكثر من سلسلة من عديد البروتين Polypeptide chain ويتم الربط بينهم بروابط غير ببتيدية مثل الرابطة ثنائية الكبريتيد ( - S-S- ) بين اثنين من الاحماض الامينية من نوع السستين او بين السستين والسستئين
* التركيب الثانوى : Secondary structure تتنظم السلاسل الببتيدية فى شكل لولبى Helical او فى شكل صفائح مطوية Pleated sheet او يشكل عشوائى Random ويساعد على تنظيم البروتينات بتلك الاشكال روابط هيدروجينية او بالروابط الملحية او الربط بقوى فان درفالز
* التركيب الثالث : tertiary structure يحدث انطوائات واثناءاتاضافية لتعطى التركيب الثالث وهو الخاص بخواص الانزيم بمعنى عند هدم ذلك التركيب يفقد البروتين والانزيم خواصة وتلك الخواص غير انعكاسية irreversible lost وهذا الفقد فى النشاط يحدث بتعرض البروتين للحرارة العالية اوبتغير رقم الحموضة pH او بالتعرض للأشعة فوق البنفسحية
* التركيب الرابع : Quaternary structure يحدث بأشتراك سلسلتين او اكثر وتأخذ الشكل ثلاثى الابعاد ويتم الربط بالروابط الهيدروةجينية والروابط الكارهة للماء
تمثيل البروتينات myces وجد عند تمزيق العقد الجذرية صبغة حمراء تسبة الهيموجلوبين تسمى البقلوهيموجلوبين وهى المسئولة عن حمل الاوكسجين اللازم لسلسلة الانتقال الالكترونى للمستعمرة الريزومية فى العقد البكتيرية للعائل ليقوم انزيم النيتروجينيز Nitogenase باستخدام بأختزال النيتروجين الجوى الموجود فى حيز التربة ثم فى خلايا العائل ليكون الامونيا ويمر الالكترونات التى مصدرها الايدروجين الناتج من عمليات الاكسدة والاختزال الناتجة من تنفس البكتريا التكافلية ويقوم تيار الالمترونات بقزف الاوكسجين المحمل على صبغة البقلوهيموجلوبين ليتكون الماء فى عملية تشبة عملية التأكسد الطرفى التى سوف يأتى التحدث عنها بالتفصيل عند مناقشة موضوع التنفس فى النبات . زهناك بعض العناصر الغذائية المهمة فى تلك العملية مثل الحديد والنحاس والكوبلت والمولبدنيم . اما الحديد لانة يدخل فى تركيب الصبغة المسئولة عن النقل الالكترونى وايضا النحاس لانة يدخل فى بناء جزيئ البقلهيموجلبين , اما الكوبلت فى جزء من تركيب فيتامين ب12 وهو يدخل ايضا فى تركيب البقلهيموجلوبين اما وظيفة المولبيدنيم فهو تبادل الالكترونات كمكتسب للالكترون ومانح له فى اختزال النيتروجين الىامونيا ويتم ذلك على عدة خطوات حيث يختزل النيتروجين N2 الى ثنائى الاميد HN=NH ثم الى الهيدرازين NH2-NH2 ثم الى الأمونيا NH3
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)