الجزيئات البيولوجية الجلسة الرابعة

هل تعلم أن ذرات الكبريت الصغيرة يمكنها تكوين روابط تربط بين الهياكل المعقدة proteins؟. تُسمى هذه الروابط بروابط ثنائي الكبريتيد. إنها مثل الغراء الصغير الذي يربط الطيات والالتواءات المعقدة لجزيئات البروتين معًا. كما نعلم أن proteins تتكون من سلاسل طويلة من amino acids. السيستين هو one الأنواع العشرين المختلفة من amino acids التي تشكل proteins. تشير رابطة ثاني الكبريتيد إلى رابطة تساهمية بين two من الكبريت. ترتبط كل ذرة كبريت أيضًا بذرة كربون أو ذرة نيتروجين.

يتم تكوين رابطة ثنائي الكبريتيد عن طريق أكسدة two من الثيول -SHالمجموعات في amino acids السيستينية. ويؤدي هذا إلى تكوين جسر ثنائي الكبريتيد -S-S-. الرابطة ثنائية الكبريتيد هي رابطة تساهمية قوية ومستقرة يمكنها تحمل الظروف القاسية مثل الحرارة والتغيرات الشديدة في درجة الحموضة. تلعب الروابط ثنائية الكبريتيد دورًا حاسمًا في استقرار البنية الثلاثية والرباعية proteins.

كما نعلم، الرابطة الأيونية هي نوع من الرابطة الكيميائية التي تنطوي على نقل الإلكترونات من one إلى أخرى. في proteins، يمكن أن تتكون الروابط الأيونية بين amino acids التي تحتوي على سلاسل جانبية مشحونة. هذه amino acids هي الأرجينين وهو مشحون إيجابيا وحمض الأسبارتيك وهو مشحون سلبيا. يمكن لهذه amino acids المشحونة أن تتفاعل مع بعضها البعض لتشكيل جسر ملحي. الجسر الملحي هو تفاعل أيوني بين سلاسل جانبية من الأحماض الأمينية ذات الشحنة المعاكسة.

هل تساءلت يومًا كيف يحمل دمنا الأكسجين؟. الهيموجلوبين هو بروتين في الدم يحمل الأكسجين. الهيموجلوبين هو مثال على البروتين الكروي. proteins الكروية هي نوع من البروتينات التي لها شكل كروي تقريبًا. إنها تمتلك بنية مدمجة ومطوية. أنها قابلة للذوبان في الماء. وذلك لأن proteins الكروية قطبية، والماء قطبي أيضًا. توجد proteins الكروية عادة في السيتوبلازم أو السائل خارج الخلية.

يتضمن هيكل البروتين الكروي نواة مكونة من amino acids كارهة للماء. وسائل كارهة للماء، طاردة للماء. يحيط بهذا اللب amino acids محبة للماء على سطح البروتين. يعني محب للماء، جاذب للماء. يوفر النواة الكارهة للماء في البروتين موقعًا لربط جزيئات محددة. يسمح السطح المحب للماء للبروتين بالتفاعل مع البيئة المحيطة.

نحن نعلم أن الهيموجلوبين هو بروتين كروي. يتكون من أربع وحدات فرعية. تتكون كل وحدة فرعية من الهيموجلوبين من سلسلة طويلة من amino acids التي تنطوي على شكل ثلاثي الأبعاد فريد من نوعه. تحتوي كل وحدة فرعية على مجموعة الهيم. تتواجد مجموعة الهيم في وسط كل وحدة فرعية من الهيموجلوبين. وهو يتألف من جزيء مسطح مستو يسمى البورفيرين، وهو مرتبط بذرة الحديد. مجموعة الهيم هي المسؤولة عن ربط الأكسجين.

ترتبط جزيئات الأكسجين بذرات الحديد في مجموعة الهيم، ويتغير شكل البروتين قليلاً عند ارتباطه بالأكسجين. ويجعل هذا التغيير البنيوي من الأسهل على الوحدات الفرعية الثلاث الأخرى للهيموجلوبين الارتباط بجزيئات الأكسجين أيضًا. وهذا يؤدي إلى الارتباط التعاوني للأكسجين.

بالإضافة إلى الأكسجين، يمكن للهيموجلوبين أيضًا أن يرتبط بثاني أكسيد الكربون. عندما يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون بواسطة أنسجة الجسم، فإنه ينتشر في خلايا الدم الحمراء ويتفاعل مع الماء لتكوين أيونات البيكربونات. يمكن للهيموجلوبين أيضًا أن يرتبط بأيونات البيكربونات هذه. وهذا يسمح للهيموجلوبين بنقل ثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الرئتين. يتم إخراج ثاني أكسيد الكربون من الرئتين إلى الهواء أثناء الزفير.

الآن دعونا نناقش proteins الليفية. proteins الليفية هي نوع من البروتينات التي لها شكل مستطيل وليفي. لديهم تسلسلات متكررة من amino acids. وهذا يسمح لهم بتكوين هياكل خطية طويلة مثالية لتوفير الدعم والقوة للأنسجة.

أحد أكثر أنواع البروتين الليفي شهرة هو الكولاجين. الكولاجين هو البروتين الأكثر وفرة في الجسم. يتواجد الكولاجين في الأنسجة الضامة مثل الأوتار والأربطة والغضاريف. يتكون الكولاجين من ثلاث سلاسل طويلة من البولي ببتيد ملتوية معًا في بنية حلزونية، لتشكل حلزونًا ثلاثيًا. يوفر الكولاجين الدعم الهيكلي. يساعد على التئام الجروح. يحمي الأعضاء ويساعد في الحفاظ على مرونة الجلد.

في الأنظمة البيولوجية، يعمل الماء كمذيب. وهذا يعني أنه قادر على إذابة العديد من أنواع الجزيئات المختلفة. كما ناقشنا بالفعل أن proteins الكروية قطبية. أنها قابلة للذوبان في الماء. وذلك لأن الماء أيضًا قطبي. قطبية الماء ناتجة عن شحنة موجبة جزئية على one الطرفين وشحنة سالبة جزئية على الطرف الآخر. بسبب قطبيتها، يمكن للماء أن يذيب الجزيئات القطبية مثل السكريات، amino acids، nucleic acids.

هل تساءلت يومًا لماذا يعتبر الماء مادة مذهلة تلعب دورًا مهمًا في حياتنا؟. من الخصائص المذهلة للماء هي سعته الحرارية النوعية. إنه مثل القوة العظمى التي تجعل الماء منظمًا ممتازًا لدرجة الحرارة. السعة الحرارية النوعية هي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة مادة ما بمقدار درجة مئوية one. يمكن للماء أن يمتص ويخزن كمية كبيرة من الطاقة الحرارية دون أن تتغير درجة حرارته كثيراً.

يتمتع الماء بسعة حرارية نوعية عالية جدًا. ويرجع ذلك إلى قدرتها على تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء الأخرى. السعة الحرارية النوعية للماء تساوي تقريبًا أربعة فاصلة one وأربعين جول لكل جرام لكل درجة مئوية. هذه القيمة صالحة عند ضغط قدره ضغط جوي one وفي نطاق درجة حرارة يتراوح بين صفر درجة مئوية إلى مائة درجة مئوية. وهذا يعني أن الأمر يتطلب أربعة فاصل one وأربعين جول من الطاقة لرفع درجة حرارة جرام one من الماء بمقدار درجة مئوية one.

هل تعلم أن الماء لديه سلاح سري يساعده على التحول من سائل إلى غاز؟. يُسمى بالحرارة الكامنة للتبخر. الحرارة الكامنة للتبخر هي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل وحدة one من الماء السائل إلى بخار ماء، دون تغيير درجة حرارتها. بمعنى آخر، هي الطاقة اللازمة لتحويل الماء السائل إلى بخار. يتمتع الماء one درجة حرارة كامنة للتبخر بين أي مادة معروفة على وجه الأرض! وهذا يعني أن الأمر يتطلب قدرًا هائلاً من الطاقة لتحويل الماء إلى بخار.

الحرارة الكامنة لتبخر الماء تساوي تقريبًا أربعين فاصل سبعة كيلو جول لكل مول. تنطبق هذه القيمة عند ضغط قدره جو one ودرجة حرارة one درجة مئوية. وهذا يعني أن الأمر يتطلب أربعين فاصل سبعة كيلو جول لكل مول من الطاقة لتحويل مول one من الماء السائل إلى بخار ماء عند نقطة غليانه. ويحدث هذا التحويل دون تغيير درجة حرارة الماء.

الماء ليس مجرد مادة نستخدمها كل يوم للشرب والتنظيف والطبخ. وهو أيضًا كاشف قوي يستخدم في العديد من التفاعلات الكيميائية. أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في الماء باعتباره مادة متفاعلة هو قدرته على العمل كمحفز. المحفز هو مادة تعمل على تسريع التفاعل الكيميائي دون أن تستهلك في العملية. يمكن أن يعمل الماء كمحفز في العديد من التفاعلات الكيميائية. يساعد على تسريع معدل التفاعل ويجعله أكثر كفاءة.