مقدمة
تعرف
الخلية كيميائيا بأنها: "تجمع لعدد ضخم من جزيئات مختلفة، منتظمة في تناسق
عالي الدقة، يمكن الخلية من أداء وظائفها الحياتية المختلفة، بصورة كاملة
وشاملة". وقد حفز حب الاكتشاف الإنسان إلى: الاهتمام والانشغال والشوق
لمعرفة التركيب الكيميائي للمركبات والجزيئات التي تشكل البناء الفيزيائي للخلية. والرغبة
في معرفة السر في تشكل الخلايا بالصور التي توجد بها. وعلى الرغم من التشابه
العام في التركيب الكيميائي للمركبات الخلوية إلا أن هناك اختلف في التفاصيل
الدقيقة بين الأنواع المختلفة من الخلايا ذات الوظائف المتباينة.
سنتناول
هنا بصورة عامة التركيب الكيميائي للمركبات لخلوية التي تتشكل منها الخلايا.
الماء
يمثل الماء حوالي 60 - 90% من وزن الخلية. لذلك يحتل النسبة الأعلى من التركيب الكيميائي للخلايا. أما النسبة المتبقية من التركيب الكيميائي فتتوزع على المركبات العضوية وغير العضوية. يتركب الماء من جزيئات مترابطة مع بعضها البعض الأخر بروابط هيدروجينية. تربط هذه الروابط الهيدروجينية بين ذرة أوكسجين ثنائية التكافؤ سالبة الشحنة وبين ذرتي هيدروجين موجبتي الشحنة. بذلك يتكون جزيء الماء ذو قطبية ثنائية ضعيفة (شكل 1). أي: يتكون من قطب سالب متمثل في الأوكسجين وقطب موجب متمثل في الهيدروجين. وهذه القطبية تجعل الماء من أهم المذيبات للأملاح والعديد من المركبات العضوية المهمة في العمليات الحيوية. كما أنه يمثل الوسط المناسب لعمل العديد من المركبات الحيوية. فمن المعلوم أن الكثير من التفاعلات الأيضية تجرى في وسط مائي، كما تنتقل الكثير من المواد عبر وسط مائي أيضا. إضافة إلى كل الخصائص والصفات السابقة، فإن الماء يدخل في تركيب العديد من المركبات، مثل: الكربوهيدرات والدهون والبروتينات وغيرها.
نتيجة للتركيب
الكيميائي الفريد لجزيئات الماء، فلها العديد من الصفات المميزة المهمة
للحياة (شكل 2)، نوجزها فيما يلي:
الماء
مذيب أكثر ثباتا مما عداه من المذيبات الأخرى لبنائه الكيميائي البسيط وقطبيته
الثنائية الفريدة.
يوجد الماء
على حالات المادة الثلاث: الصلبة، والغازية والسائلة.
يتميز الماء
بالسعة الحرارية النوعية العالية ذات الأهمية البالغة في محافظة الكائنات الحية
على حرارة أجسامها. فكل جرام من الماء يحتاج إلى سعر حراري واحد لترتفع
درجة حرارته درجة واحدة مئوية.
يحتاج كل جرام من
الماء إلى خمسمائة سعر حراري كي يتحول إلى بخار ماء. وهذا يساعد الاجسام
الحية على التخلص من كمية كبيرة من الحرارة الفائضة وتحويلها إلى الماء
ليتبخر. وهو ما يساعدها بالتالي على بقاء درجات حرارتها ثابتة، إضافة لتلطيف
البيئة التي حولها.
يصل الماء
كثافته القصوى عند درجة حرارة 4 مئوية، إلا أن كثافة الماء تنخفض بانخفاض درجة الحرارة عن
4 مئوية. انخفض الكثافة بانخفاض درجة الحرارة عن 4 مئوية يفسر طوفان الجليد على
سطح الماء. يتفرد الماء بهذه الظاهرة الفريدة، مخالفا جميع السوائل
الأخرى التي تزداد كثافتها بانخفاض درجات الحرارة.
يتميز الماء
بشدة توتر سطحه العالية، مما يساعد على تماسك المادة الحية السائلة داخل الخلايا.
وتعتبر شدة التوتر هذه أعلى شدة بعد تلك التي يتميز بها الزئبق. عند سير الحشرات
على سطح الماء، يمكن مشاهدة قوة الشد السطحي للماء حيث يظهر وكأنه، أي: الماء،
مغلف بغشاء مرن.
يتميز الماء
بلزوجته المنخفضة. ويظهر ذلك بوضوح في سهولة حركته داخل الخلايا، كما يظهر أيضا في
مساهمته في المساعدة على انتقال الجزيئات داخل الخلايا.
يعتبر الماء
من أكثر المذيبات اهمية للمواد العضوية وغير العضوية، وذلك بسبب قطبيته الثنائية.
الكربوهيدرات
تتركب
الكربوهيدرات من الكربون والماء بنسب ثابتة. وقد تحتوي أيضاً على
الكبريت والنتروجين. تعتبر الكربوهيدرات من أكبر مصادر الطاقة في الخلايا
حيث يعطي جزيء الجلوكوز ثمانية وثلاثون جزيء طاقة (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). كما
أن الكربوهيدرات تدخل بنسبة بسيطة في تركيب الأغشية الخلوية، إضافة
لارتباطها مع مركبات عضوية فعالة داخل الخلايا. يمكن تصنيف الكربوهيدرات
إلى ثلاثة مجاميع طبقا لدرجة تعقيدها (شكل 3).
السكريات البسيطة:
تتكون من 4 - 10 ذرات كربون. وقد تشكل هذه الذرات حلقة خمسية، كما في سكر الريبوز.
وقد تشكل حلقة سداسية ترتبط بها مجاميع
كيميائية مختلفة، مثل: المثيل والألدهايد والكيتون والهيدروكسيل، كما في الجلوكوز
والفركتوز والجلاكتوز وغيرها (شكل
3).
السكريات الثنائية:
تتكون من جزيئين من السكريات الأحادية. كما في سكر القصب (السكروز) الذي يتكون من
جزيئين من الجلوكوز والفركتوز (سكر الفواكه). وسكر الحليب الذي يتكون من جزي سكر
جلوكوز وأخر جلاكتوز. وسكر الشعير (المالتوز) الذي يتكون من جزيئين جلكوز.
السكريات الإليجو:
تتكون من عدد قليل من السكريات الأحادية يتراوح من 3 إلى 10، كما في سكر الرفينوز
(شكل 3).
السكريات
المتعددة:
جزيئات متعددة من السكريات البسيطة وخصوصا الجلوكوز. ويختلف عدد الجزيئات الداخلة
في تركيبها. لذلك يرمز لها بالصيغة (ك 6يد12أ6)ن. وقد ترتبط السكريات المتعددة
مع البروتينات أو مع مجاميع من الكبريت أو غيرها. ومن أشهر السكريات المتعددة
بيتا جلوكوز والسليلوز وغيرها (شكل 3).
الدهون
تتميز الدهون بقطبيتها المنخفضة، مما يجعلها لا تذوب في الماء،
إلا أنها تذوب في المذيبات العضوية، مثل: الزايلول، والإيثر، والأسيتون. تتكون الدهون
من سلاسل طويلة من الهيدروكربونات، يدخل في تركيبها الكربون والهيدروجين
والأوكسجين. قد ترتبط الدهون مع عناصر أخرى، مثل: الفوسفور والكبريت والنيتروجين. تتكون الدهون من جزيء جليسرول مرتبط مع
ثلاثة أحماض دهنية (شكل 4). ويرمز للتركيب الكيميائي للدهون بالصيغة: مجموعة
كربوكسيل - مجموعة "أر" (R–COOH)، حيث تمثل المجموعة "أر" الأخماص الدهنية. وقد يكون
الكربون الذي بالأحماض الدهنية مشبعاً بذرتي هيدروجين، فتعرف بالدهون
المشبعة. قد يكون الكربون مرتبط بذرة هيدروجين واحدة، فتعرف بالدهون غير
المشبعة (شكل 5).
الدهون المتعادلة:
تتكون الدهون المتعادلة من كربون وأوكسجين وهيدروجين. وغالبا ما يستخدمها الكائن في إطلاق الطاقة. لكنها لا تدخل في تركيب أغشيته الخلوية .
تنقسم الدهون إلى ثلاث مجموعات هي: الدهون المتعادلة والدهون المفسفرة والستيرويدات. أو صلبة. فالشموع دهون متعادلة استبدل الجليسرول في سلاسلها بالكحول. ولوجود الدهون المتعادلة على هيئة جليسريدات، فإنها لا تشترك مع بقية المركبات، بل توجد في صورة مستحلبة أو شحوم مخزنة.
الدهون المفسفرة: لا
تستخدم في الاحتراق أو إطلاق الطاقة مثل الدهون المتعادلة. إلا أنها تدخل
في تركيب الأغشية الخلوية والأغشية المحيطة بالعضيات السيتوبلازمية. تتكون الدهون
المفسفرة من جليسرول ومجموعة
فوسفات وحامضين دهنيين. في الدهون المفسفرة قد تتصل مجموعة الهيدروكسيل
مع الكربوهيدرات مكونة الدهون السكرية. كذلك قد يوجد الكحول الأميني بدلا
من الجليسرول في بعضها. ويوجد جميع أنواعها في الأغشية الخلوية المختلفة (شكل
7). من الدهون المفسفرة دهن الليسشين المكون للأغشية العصبية. والذي
يتميز بقدرته الكبيرة
على الارتباط مع المركبات الخلوية الاخرى، لوجود قطبية في جزيئاتها، مرجعها
مجموعة الفوسفات.
الستيرويدات:
مركبات كحولية لا تشبه في تركيبها الدهون. ولكن تشابهها في الصفات كما
في الكوليسترول والهرمونات الجنسية
وهرمونات الغدة الكظرية. الستيرويدات هيدروكربونات حلقية يوجد في أحد نهايتها
سلسلة كربونية. وقد تكون أحد نهايتها محبة للماء والنهاية الأخرى كارهة للماء
كما في الكوليسترول (شكل 8).
المراجع
https://www.esalq.usp.br/lepse/imgs/conteudo_thumb/Structure-of-the-cell.pdf
https://training.seer.cancer.gov/anatomy/cells_tissues_membranes/cells/structure.html
https://www.pmf.unizg.hr/_download/repository/2_Chemical_Composition.pdf
https://www.sc.chula.ac.th/courseware/2303101j/VIII-Cell.pdf
تعليقات