الكيمياء الحيوية هى 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 . 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 الكيميائي لمكونات الخلايا من حيث النوع و الكم ، و سمى هذا المجال بالكيمياء الحيوية التركيبية .
2- دراسة فزيولوجية لمكونات 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 .
السكريات أو الكربوهيدرات مركبات عضوية تصنف ضمن عائلة الفحوم الهيدروجينية (الكربوهيدرات) و تحتوي على عذة وظائف غولية (-HO ) ، تتميز بشكل عام بطعم حلو لذلك تستخدم في الأطعمة و الأشرية للتحلية .
تستخدم كلمة سكر بشكل عام في الحياة اليومية للدلالة على السكر المستخدم يوميا و هو السكروز أحد انواع السكريات ذات الحلاوة الواضحة .
و هو ما يدعى ايضا بسكر الطاولة أو سكر الطعام مشابها لاسم ملح الطعام
( و هو كلوريد الصوديوم حصرا . ) .
يعتبر السكروز من السكريات الثنائية (المتشكلة من ترابط سكرين أوليين) و هو ذو بنية بلورية صلبة ، يستخرج غالبا من قصب السكر أو الشوندر السكري . لكن المصدر الرئيسي للطاقة في الجسم هو السكريات الأولية و بالتحديد الغلوكوز
( يدعى أيضا سكر الفواكه ) وهو موجود بكثرة في الفاكهة أو ينشأ عن تحطم جزيئة السكروز إلى جزيئتي غلوكوز . يستخدم الغلوكوز من الخلية الحيوانية مباشرة لاستخراج الطاقة .
The α and βanomers of glucose. Note the position of the anomeric carbon (red or green) relative to the CH2OH group bound to carbon 5: they are either on the opposite sides (α), or the same side (β).
Conformation
وهي أبسط اشكال الكربوهيدرات(السكر)ولا يمكن تحليلها الى مواد أبسط منها
ومن السكريات الاحادية التي لها اهمية من الناحية البيولوجية تلك الانواع الخماسيةالتي تدخل في تركيب الحموض النووية مثل سكر
الريبوز RNAالذي يدخل في تركيب الحمض النووي الريبوزي
Pyran and furan, after which the pyranose and furanose configurations of monosaccharides are named.
ثنائيات السكاريد Disaccharides
Sucrose, also known as table sugar, is a common disaccharide. It is composed of two linked monosaccharides: glucose (left) and fructose (right).
==Oligosaccharides and polysaccharides==عديدات التسكر
تنتج هذه السكريات من اتحاد عديد من جزيئات السكريات البسيطة مع فقد عدد n-1من جزيئات الماء ومن اهم صور عديدات التسكر:
النشا
وهي الصورة الموجودة عليها في النباتات والمتكون بعملية البناء الضوئي. وعند تحلل النشا مائيا يعطي جلوكوز يعرف باسم جلوكوزانglucosan
الجليكوجين
وهو صورة لعديدات التسكر المختزنة في انسجة الحيوانات ومن اكثر الانسجة ثراءا بها هو الكبد والعضلات.
الانيولين
نوع من النشا مخزن في درنات وجذور بعض النباتات والذي يعطي عند تحلله سكر الفركتوزونظرا لغياب انزيم الانيوليز في العصارات الهاضمة في الانسان فانه لايستطيع ان يستفيد به كمادة غذائية.
السليلوز
هو المكون الاساسي لجدر الخلايا النباتية ويتميز بعدم ذوبانه في الماء ولا يمكن هضمه بانزيمات الهضم في معدة الانسان ولذلك فعند تناوله يمر للخارج مع البراز من دون اي تغير كيميائي في تركيبه ولكنه يساعد على زيادة حركة الامعاء ومسهلا لعملية الاخراج كما هو في الخس
Amylose is a linear polymer of glucose mainly linked with α(1→4) bonds. It can be made of several thousands of glucose units. It is one of the two components of starch, the other being amylopectin.
Grain products are rich sources of complex carbohydrates
Oligo/polysaccharides are cleaved first to smaller monosaccharides by enzymes called Glycoside hydrolases. The monosaccharide units can then enter into monosaccharide catabolism.
Anabolism
Complex carbohydrates are assembled from sugar nucleotides by the action of glycosyltransferases.
تمثل المواد الكربوهيدراتية حوالي 6% من وزن الانسان. وهي تستخدم كمصدر مباشر للطاقة أو تخزن في صورة جليكوجين في الكبد والعضلات وفي انسجة اخرى بكميات بسيطة
الحمض الأميني أو الحمض النشادري (بالإنجليزية: Amino Acid). الاحماض الامينيه هي "لبنات البناء" الرئيسية لبناء البروتين و الببتبد في الجسم. يمكن ملاحظتها بسهولة بعد هضمالبروتين.
ثمانية أساسية مهمة جدا (لا يمكن للجسم البشري أن يصنعها بنفسه)
والباقي غير اساسية (يمكن صنعها داخل الجسم البشري، بشرط التغذية السليمة). بالرغم من قدرة الجسم على تصنيع الأحماض غير الأساسية ، إلا أنه و في بعض الأحيان يتوجب أخذ مكملات للأحماض غير الأساسية لضمان توفر الكميه المثلى في الجسم. البعض يضيف قسما ثالثا هو شبه-أساسية ، حيث يقوم الجسم بتصنيع عذه الأحماض و لكن بكميات محدودة.
اضافة إلى بناء الخلايا واصلاح الانسجه ، الاحماض الامينيه تشكل مادة البناء الرئيسية للاجسام المضاده لمكافحة غزو البكتريا والفيروسات، و هي تشكل جزءا أساسيا من نظام الانزيمات و الهرمونات؛ وهي تبني البروتينات النووية ، رنا (الحَمْضُ النَّوَوِيِّ الرِّيبِي) و دنا (الحَمْضُ الرِّيْبِيُّ النَّوَوِي المَنْزُوع الأوكسِجين) .
كما تقوم الأحماض الأمينية بدور رئيسي بحمل الاوكسجين إلى انحاء الجسم المختلفة ، وهي مكون أساسي للنشاط العضلي .
نظريا يوجد 64 نوع منها، فالدنا تبنى من 4 روامز هي A ، C ، G ، T و تبنى الأحماض عادة بتركيب عدة روامز
مثل GCA, GCC, GCG .
لكن المتوفر في إجسام الكائنات الحية هي أقل من ذلك، ما بين 20 إلى 26 نوع من الأحماض الأمينية.
مع ملاحظة أن الكثير منها يتشكل باكثر من ثلاث روامز و قد تصل إلى 6 و البعض منها مكون فقط من رامز واحد.
الحمض الأميني هو أحد مركبات عضوية تحمل نوعين من الجذور الكيميائية، وهي جذر أميني[1]NH2 − و جذر هيدروكسيلCOOH متحدتين مع ذرة كربون مرتبطة بدورها بسلسلة عضوية جانبية Side chain R تكون مختلفة من حمض أميني إلى آخر. تعتبر الحموض الأمينية وحدة التركيب الأساسية للبروتينات في الكائنات الحية.
(نشادري)
ترقم ذرات الكربون عادة بالأحرف الإغريقية، و تنتمي الحموض الأمينية المكونة للبروتينات إلى فئة ألفا α-Amino Acids وذلك لأن جذري الأمين و الهيدروكسيل يرتبطان بذرة الكربون الأولى في السلسلة. وتوجد كذلك حموض أمينية أحيائية من فئة بيتا مثل البيتا-ألانين β-Alanine و أخرى من فئة جاما مثل حمض الجاما-بيتيريك γ-Aminobutyric acid أو GABA.
و رغم وجود عدد كبير من الحموض الألفا-الأمينية في الطبيعة إلا أن السلاسل البروتينية لا تحتوي سوى 20 نوعا منها فقط. وتضطلع الحموض الأمينية بمهام أخرى كلعبها دور نواقل عصبية و مواد أولية لبعض الهرمونات أو كمصدر للطاقة. و تتوفر أيضا مجموعة من الحموض الأمينية المخلقة(المصطنعة) كيميائيا و لها عديد الاستعملات في مجال الصناعة الكيميائية و الصيدلية و الغذائية.
يعتبرهيدروكسي كرباميد Hydroxycarbamide الحمض الأميني الأبسط من حيث التركيب فهو متكون من جذر أميني متصل مباشرة بكربون جذر الهيدروكسيل. وهذا المركب غير أحيائي. أما في بقية الأحماض الأمينية فتدخل ذرة أو أكثر من الكربون بين هذين الجذرين.
ويحدد موقع الأمين في السلسلة الكربونية الفئة التي ينتمي اليها الحمض الأميني كما يلي:
البنية العامة للحموض الأمينية و هي مصنفة حسب مكان ترابط الجذر الأميني NH2 فوق السلسلة الكربونية، هو المجموعة الجانبية التي تحدد طبيعة كل حمض الأميني.
أحماض ألفا-أمينية، حيث يتصل جذر الأمين بالكربون رقم 2 بعد كربون جذر الهيدروكسيل و يرقم بألفا Cα.
يسمى المركب بالحمض 2-أمينوايتانويك Aminoethanoic acid، أو ما يعرف بالغليسين Glycine، أبسط الحموض الأمينية لدى الكائنات الحية. أما بقية الأحماض الألفا-أمينية فلها نفس البنية مع اختلاف في السلسلة الجانبية R، فعوضا عن ذرة الهيدروجين المرتبطة بالكربون ألفا في الغليسين، تتخذ أنواع مختلفة
على سبيل المثال، جذر المثيل Methyl في حالة الألانين Alanine أو جذر مختلف الحلقة Heterocyclic بالنسبة للتريبتوفان Tryptophan. والدور الأساسي للأحماض الألفا-أمينية هو بناء مختلف البروتينات.
أحمض بيتا-أمينية، يرتبط جذر الأمين بالكربون الثالث بداية من كربون جذر الهيدروكسيل Cβ، وأبسط ممثل أحيائي لهذه الفئة هو البيتا-ألانين، يتأتي من تحلل الكارنوسين Carnosine، و يلعب دور ناقل عصبي مثبط للغليسين.
أحماض جاما-أمينية، يتحد جذر الأمين بالكربون الرابع بعد كربون جذر الهيدروكسيل Cγ، المثال المعروف في هذه الفئة هو حامض الجاما-بيتيريك GABA، وهو كذلك ناقل عصبي مثبط.
لدى جميع الأحماض الألفا-أمينية، باستثناء الجليسين، يكون الكربون-ألفا مرتبطا بجذور مختلفة و مجموعة جانبية R مميزة لذى نقول أنه كايرالي Chiral أو مركز ناشط بصريا.
ونتيجة لهذه الخاصية، فان كل حمض ألفا-أميني متواجد في الطبيعة على شكل نظيرتين بصريتين Stereoisomers يمينية Dextrogyre ويرمز لها، في الكيمياء الحيوية، بـ D، أو يسارية Levogyre ويرمز لها بـ L. و معنى ذلك فيزيائيا أنها تقوم بازاحة الضوء المستقطب بزاوية معينة اما باتجاه عقارب الساعة بنسبة للنضيرة D، و هو الاتجاه الموجب (+)، أو ضد اتجاه عقارب الساعة بنسبة للنضيرة L، و هو الاتجاه السالب (-). و بالنسبة لنظام التسمية R / S الأكثر استعملا في الكيمياء العضوية
فإن نفس المبدأ يتبع حسب قاعدة "كان إنجولد بريلوج" فــ D = RL = S. و
ولا تنطبـق هـذه القـاعدة الا على السيستيـن Cysteine لأن الجذر الكبريتي ليسـت له الأولوية في هذه الحالــة.
إذن فالـ D -سيستين هو الـ S -سيستين، و الـ L -سيستين هو الـ R -سيستين .
و في المثال الموجود على النموذج المقابل، نجد الـ D -ألانين و كأنه صورة عبر المرآة لالـ Lصورة.
ولسبب لا يزال محيرا، فان غالبية الأحماض الألفا-أمينية المكونة للبروتينات هي من النضيرة L و ليست D.
ولكن يمكن أن نجد بعض الـ D-أحماض أمينية في أنواع مـن الصدفيات مثل عائلة الكونيدات Conidae
و في الغشاء البيبتدوسكري Peptidoglycan لبعض البكتيريا.
-ألانين، وهما مركبان لا يمكن مطابقتهما non-superimposable، تماما كما لا يمكن مطابقة قفى اليد اليمنى مع ظهر اليد اليسرى
القطبيـة الكهربائيـة : تقسم الأحماض الأمينية حسب قطبيتها الكهربائية، وذلك حسب حالة التأين، إلى قطبية Polar (سالبة أو موجبة الشحنة) أو غير قطبية Nonpolar (عديمة الشحنة).
تحدد هذه الخاصية المهمة قابلية الأحماض الأمينية للانحلال في الماء (و الماء هو محلول قطبي)، فتكون الأحماض الأمينية ذات المجاميع الجانبية R القطبية متجاذبة مع الماء Hydrophilic، و هي عادة ما تكون على الجزء الخارجي للبروتينات.
بينما الأحماض الأمينية ذات السلاسل الجانبية غير القطبية، وغير المتجاذبة مع الماء Hydrophobic
تميل إلى التجمع للداخل.
مخطط فيين لتصنيف الأحماض الأمينية إلى زمر (أنظر إلى الجدول أسفله)، حسب الخاصيات الكيميائية للمجاميع الجانبية و قطبيتها الكهربائية.
القاعديـة \ الحمضيـة : السلسلة الجانبية R من الممكن أن تكون قاعدية، مثل حمض الليسين Lysine أو الأرجنين Arginine و هو شديد القاعدية، أو حمضية، مثل الجلوتميت Glutamic acid والأسبارتيت Aspartic acid، أو متعادلة مثل الجليسين و الليوسين Leucine.
وعادة ما تكون الأحماض الأمينية ذات المجاميع الجانبية القاعدية و الحمضية قطبية جدا وهي توجد بصورة كبيرة على سطح البروتينات المماس للماء.
يمكن ايضا أن نقسم الأحماض الأمينية حسب أهميتها الغذائية و توفرها الأحيائي إلى :
أحماض أمينية أساسية Essential لا يصنعها الجسم، و يجب تناولها في الغذاء. مثال، الليوسين و الليسين.
أحماض أمينية شبه-أساسية Semi-essential يستطيع الجسم تخليقها ولكن ليس بكميات كافية، خاصة في مرحلة النمو، و يحبذ أن تتوفر في الغذاء.
مثال، الأرجنين و الهستيدين Histidine.
أحماض أمينية غير أساسية Nonessential متوفرة في الجسم السليم بكميات دائمة، ولا تستلزم حضورها في الغذاء. مثال، الجليسين و البرولين Proline.
الكيمياء الحيويّة 
رد مع اقتباس
هو المجموعة الجانبية التي تحدد طبيعة كل حمض الأميني.
مواقع النشر (المفضلة)